電子技術基礎知識練習題與答案

電子技術運用在哪一方面？大家知道了多少電子技術基礎知識呢？

　　一、基礎知識。

1. 按照調製方式分類，光調製可以分爲：強度調製、相位調製、波長調製、頻率調製、偏振調製。

2. 半導體激光器發光是由能帶之間的電子空穴對複合產生的。

3. 激勵過程是使半導體中的載流子過程從平衡態激發到非平衡態。

4. 固體激光器是以固體爲工作物質的激光器，也就是以摻雜的離子型絕緣晶體和玻璃爲工作物質。

5. 光纖傳感器中常用的光電探測器：光電二極管、光電倍增管、光敏電阻。

6. 紅外探測器的響應波長範圍參數指探測器電壓響應率與入射的紅外波長之間的關係。

7. 光子探測原理是指利用半導體在入射光的照射下產生光子效應。

8. 利用溫差電勢製成的紅外探測器稱爲熱電偶。

9. 紅外輻射在大氣中傳播時由於大氣中水分子、蒸汽等吸收和散射使輻射在傳播過程中衰減。

10. 當紅外輻射照在熱敏電阻上時，使溫度上升，內部粒子無規則運動加劇，自由電子數隨溫度而上升，所以電阻會減小。

11. 輻射出射度：輻射體單位面積向半空間發出的輻射通量。

12. 光電磁是利用光生伏特效應將光能變成電能。

13. 任何物質只要溫度高於0K就會向外輻射能量。

14. 紅外無損檢測是通過測量熱流或熱量來檢測。

15. 內光電探測器可分爲光電導、光伏特、光電磁三種探測器。

16. 紅外探測器的性能參數：電壓響應率、噪聲等效功率、時間常數。

17. 光束掃描根據其應用的目的可分爲模擬掃描和數字掃描。模擬掃描用於顯示，數字掃描用於光存儲。

18. 固體攝像器件主要有：CCD、CMOS、CID。

19. 聲光相互作用分爲：拉曼—納斯衍射和布喇格衍射。

20. 磁光效應：外加磁場作用引起材料光學各向異性的現象。

21. CCD的基本功能：電荷存儲、電荷轉移。按結構分爲線陣CCD和麪陣CCD。

22. 液晶分爲溶致液晶和熱致液晶兩大類。

23. 光輻射照射在半導體表面，材料中電子和空穴由原來的不導電狀態轉化爲導電狀態，這種現象稱爲光電導。

24. 光束調製按其調製的性質可分爲調幅、調頻、調相及強度調製等。

25. 實現脈衝編碼調製，必須進行的三個過程：抽樣、量化和編碼。

26. 光電二極管是指以光導模式工作的結型光伏型探測器。常見的光電二極管有硅光電二極管、雪崩光電二極管（APD）、PIN光電二極管、肖特基勢壘光電二極管。

27. 光熱探測器由熱敏元件、熱鏈迴路和大容量的散熱器組成。常見光熱探測器有熱敏電阻、熱釋電探測器、熱點偶。

28. CCD基本工作過程包括信號電荷的產生、存儲、傳輸和檢測。

29. 等離子是由部分電子被剝奪後的原子及原子被電離後產生的正負電子組成的離子化氣體態物質，它是出去固態、液態、氣態以外的第四態。

30. TN—LCD指扭曲向列型液晶顯示。

STN—LCD指超扭曲向列型液晶顯示。

　　二、問答題。

1、一個完整的無限連續的電磁波譜有哪幾部分組成？

答：宇宙射線、γ射線、X射線、紫外光、可見光、紅外光、毫米波、無線電波、聲頻電磁波。其中紫外線包括：極遠紫外、遠紫外、近紫外。（10nm——390nm）可見光：紫藍綠黃橙紅。（390nm——770nm）紅外光：近紅外、中紅外、遠紅外、極遠紅外。（770nm——1000000nm）

2、簡述內光電效應、外光電效應。

答：外光電效應是金屬或半導體受光照時，如果入射的光子能量hν足夠大，它和物質中的電子相互作用，使電子從材料表面逸出的現象，也稱爲外光電效應。內光電效應是當光照物體時，光電子不逸出體外的光電效應稱爲內光電效應。

3、比較光電二極管和光電池的異同。

答：相同：二者結構和工作原理相同，都屬於PN結型光生伏特效應器件。不同：a、頻率特性不同：光電二極管的結面積比光電池小，頻率特性要好。b、工作方式不同：光電二極管通常在反偏置下工作，而光電池通常在零偏置下工作c、靈敏度不同：光電二極管的光敏面面積要比光電池的小得多，因此光電二極管的光電流要比光電池的小得多。

4、光敏電阻的主要參數。

答：亮電阻、暗電阻、最高工作電壓、亮電流、暗電流、時間常數、電阻溫度係數、靈敏度。

5、什麼是光電導的弛豫時間。

答：光電導材料從光照開始到獲得穩定的光電流是要經過一定時間的，同樣光照停止後光電流也是逐漸消失的。這種現象即爲光電導的弛豫現象。

6、常見的固體激光器：紅寶石激光器、釹激光器、鈦寶石激光器。 常見的氣體激光器：He-Ne激光器、Ar3+激光器、CO2激光器。

7、電介質的折射率變化指什麼？

答：晶體介質的介電係數與晶體中電荷分佈有關，當晶體被施加電場後會引起束縛電荷的重新分佈並導致離子晶格的微小形變，從而引起晶體介電係數的變化並最終引起晶體的折射率變化的現象。

8、光子效應指什麼？

答：指單個光子的性質對產生的光電子起直接作用的一類光電效應。主要特點：對光頻率表現出選擇性，響應速度比較快。

9、液晶是什麼？分類？答：液晶是液態晶體的簡稱。熱致晶體可分爲近晶相、向列相、膽甾相

10、簡述激光產生的條件、激光器的組成及各組成部分的作用。

答：（1）必要條件：粒子數反轉分佈和減少振盪模式數。 充分條件：起振——閾值條件：激光在諧振腔內的增益要大於損耗。穩定振盪條件——增益飽和效應（形成穩定激光）。

（2）組成：泵浦源、工作物質、光學諧振腔。

（3）作用：工作物質：在這種介質中可以實現粒子數反轉。泵浦源（激勵源）：將粒子從低能級抽運到高能級態的裝置。

諧振腔：(1)使激光具有極好的方向性(沿軸線)。 (2)增強光放大作用(延長了工作物質)。(3)使激光具有極好的單色性(選頻)。

11、聲光作用分佈喇格衍射和拉曼納斯衍射，他們的條件及作用。

（1）拉曼納斯： 產生拉曼納斯衍射的條件：當超聲波頻率較低，光波平行於聲波面入射，聲光互作用長度L較短時，在光波通過介質的時間內，折射率的變化可以忽略不計，則聲光介質可近似看作爲相對靜止的“平面相位柵”。特點：由出射波陣面上各子波源發出的次波將發生相干作用，形成與入射方向對稱分佈的多級衍射光，這就是拉曼-納斯衍射的特點。

（2）布喇格：產生布喇格衍射條件：聲波頻率較高，聲光作用長度L較大，光束與聲波波面間以一定的角度斜入射，光波在介質中要穿過多個聲波面，介質具有“體光柵”的性質。特點：衍射光各高級次衍射光將互相抵消，只出現0級和+1級衍射光。

12、簡述光速調製的基本原理。

答：（1）以激光爲載體，將信息加載到激光的過程，稱爲調製或光束調製。

（2）光束具有振幅、頻率、相位、強度和偏振等參量，可以應用某些物理的方法，使其參量之一按照調製信號的規律變化，實現光束的調製，所以光束的調製可以分爲調幅、調相、調頻和強度調製等。

（3）實現激光光束調製的方法根據調製器與激光器的關係，可以分爲內調製和外調制兩種。

（4）具體的激光光束的調製方法，常見的有光電調製、聲光調製、磁光調製、直接調製等。

13、什麼是色溫？

答：色溫是輻射源發射光的顏色與某一溫度下的黑體的輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱爲該輻射源的色溫。

14、什麼是自發階躍？什麼是受激階躍？

答：自發階躍：處於高能級的一個原子自發的向低能級階躍，併發出一個光子的 過程。

受激階躍：處於高能級的一個原子在一定的輻射場的作用下躍遷至低能級，並輻射出一個能量與入射光子能量相同的光子。

15、法拉第磁光效應的規律？

答：（1）對於給定的介質光振動面的旋轉角與樣品的長度和外加磁場成正比。

（2）光的傳播方向反轉時法拉第旋轉的左右方向互換。

16、光束調製分爲哪幾類？實現脈衝編碼調製要那幾個過程？

答：光束調製分爲：調幅、調頻、調相、強度調製。實現脈衝編碼調製要經過抽樣、量化、編碼三個過程。

17、什麼是光熱效應？

答：探測元件吸收光輻射能量後並不直接引起內部電子狀態的改變，而是把吸的光能變爲晶格的熱運動的能量，引起探測元件溫度升高，而溫度升高又使探測元件電學性質或其他物理性質發生變化。

18、縱向電光效應、橫向電光效應有什麼優缺點？

答：縱向電光效應：存在自然雙折射產生的固有相位延遲，與外加電場無關。在無外加電場時，入射光的兩個偏振分量經過晶體後，其偏振面轉過一個角度，這對光調製器的應用不利，應設法消除。

優點：工作簡單、結構穩定、不存在自然雙折射影響。

缺點：半波電壓太高，特別是在調製頻率較高時，功率損耗較大。橫向電光效應：應用時總的相位延遲不僅與所加電場成正比，而且與晶體的長寬比有關。縱向應

用時相位差只和V=EL有關，因此增大L或減少d就可以大大降低半波電壓。但必須採用兩塊晶體結構複雜而且其尺寸加工要求高，對環境溫度敏感。

19、說明注入電磁發光和高場電磁發光的基本原理。

答：注入電致發光：它是在半導體pn結加正偏壓時產生少數載流子注入，與多數載流子複合發光。高場電致發光：即將發光材料粉末與介質的混合體或單晶體薄膜夾持與透明電極板之間，外施電壓，由電場直接激勵電子與空穴複合而發光，高場電致發光又分爲直流和交流兩種，如粉末型交流電致發光與粉末型直流電致發光。

20、什麼叫光電導現象？

答：當紅外輻射照在半導體的表面上，半導體材料中有些電子和空穴能從不導電的束縛狀態變成能導電的自由狀態，使半導體的導電率變大叫光電導現象。

21、根據調製器和激光器的相對關係，可以分爲哪兩種調製？

答：根據調製器和激光器的相對關係，可以分爲內調製和外調制。

內調製：是指加載調製信號是在激光振盪過程中進行的，即以調製信號去改變激光器的振盪參數，從而改變激光輸出特性以實現調製。

外調制：是指激光形成之後，在激光器外的光路上放置調製器，用調製信號改變調製器的物理特性，當激光通過調製器時，就會使光波的某參量受到調製。

22、概括光纖弱導條件的意義。

答：（1）理論上講光纖的弱導是光纖與波導之間的重要鑑別之一。

（2）實際使用的光纖，特別是單模光纖，摻雜濃度很小，是纖芯和包層有很小的折射率差。

（3）弱導的基本含義是以很小的折射率就能構成良好的光纖波導結構，給制製造提供極大方便。

23、簡述光子效應和光熱效應，並列舉常見的光子效應和光熱效應。

答：光子效應：指單個光子的性質對產生的光電子起直接作用的一類光電效應。探測器吸收光子後，直接引起原子或分子的內部電子狀態的改變。常見的光子效應有光電發射效應、光電導效應、光伏效應。光熱效應是：探測元件吸收光輻射能量後並不直接引起內部電子狀態的變，而是把吸的光能變爲晶格的熱運動的能量，引起探測元件溫度升高，而溫度升高又使探測元件電學性質或其他物理性質發生變化。常見的光熱效應有溫差電效應、熱釋電效應。

24、簡述CCD器件的主要參數。

答：1.轉移效率：指電荷包在進行每一次轉移中的效率。2.不均勻度：包括光敏元件和CCD的不均勻度。3.暗電流：CCD在既無光注入又無電注入情況下的輸出信號。4.靈敏度：指在一定光譜範圍內，單位曝光量的輸出信號電壓或電流。5.峯值波長：最大響應值歸一化爲100%所對應的波長。6.噪聲：可歸納爲三類，散粒噪聲、轉移噪聲和熱噪聲。7.分辨率：指攝像器件對物像中明暗細節的分辨能力。8.線性度：指在動態範圍內，輸出信號與曝光量的關係是否成直線。

25、簡述光電倍增的工作原理。

答：當光照射到光陰極時，光陰極向真空中激發出光電子。這些光電子按聚焦極電場進入倍增系統，並通過進一步的二次發射得到的倍增放大。然後把放大後的電子用陽極收集作爲信號輸出。因爲採用了二次發射倍增系統，所以光電倍增管在探測紫外、可見和近紅外區的輻射能量的光電探測器中，具有極高的靈敏度和極低的噪聲。另外，光電倍增管還具有響應快速、成本低、陰極面積大等優點。

26、簡述紅寶石激光器的工作原理。

答：紅寶石激光器的工作物質是紅寶石棒。在激光器的設想提出不久，紅寶石就被首先用來製成了世界上第一臺激光器。激光用紅寶石晶體的基質是Al2O3，晶體內摻有約0.05%（重量比）的Cr2O3。Cr3+密度約爲，1.58×1019/釐米3。Cr3+在晶體中取代Al3+位置而均勻分佈在其中，光學上屬於負單軸晶體。在Xe（氙）燈照射下，紅寶石晶體中原來處於基態E1的粒子，吸收了Xe燈發射的光子而被激發到E3能級。粒子在E3能級的`平均壽命很短（約10-9秒）。大部分粒子通過無輻射躍遷到達激光上能級E2。粒子在E2能級的壽命很長，可達3×10-3秒。所以在E2能級上積累起大量粒子，形成E2和E1之間的粒子數反轉，此時晶體對頻率ν滿足hν=E2—E1（其中h爲普朗克常數，E2、E1分別爲激光上、下能級的能量）的光子有放大作用，即對該頻率的光有增益。當增益G足夠大，能滿足閾值條件時，就在部分反射鏡端有波長爲6943×10-10米的激光輸出。

[說明：25、26題爲網上答案，25題需要記下光電倍增管的圖；26題爲課本P24—P25，需要記下圖]。

27、縱向應用的KDP晶體的計算：

[需要看課本P99詳細介紹]

　　三、課件中出現的題目

1、如圖所示爲光敏電阻自動計數器的示意圖，其中A爲發光儀器，B爲水平傳送帶，由電動機帶動做勻速直線運動。R1爲光敏電阻，R2爲定值電阻，R1、R2串聯在電路中，電源電壓保持不變．每當傳送帶上有易拉罐擋住由A射向R1的光線時，R1的電阻值就增大，計數器就計數一次。則：

（1）當傳送帶上有易拉罐擋住由A射向R1的光線時，定值電阻R2兩端的電壓將________。（填“變大”、“變小”或“不變”）

（2）已知相鄰的兩個易拉罐中心之間的距離均爲20cm，若計數器從易拉罐第一次擋住光線開始計時，到恰好計數101次共用時間40s，則傳送帶的速度爲多少m/s？

答案：（1）由題意可知，當傳送帶上有易拉罐擋住由A射向R1的光線時，R1的電阻值就增大，由於R1、R2是串聯在電路中的，當R1電阻值增大，R1分得的電壓就增大，R2兩端的電壓將變小；

（2）由v＝s/t＝(101-1)×0.2m/40s＝0.5m/s。

2、光敏電阻適於作爲( B )

A、光的測量元件 B、光電導開關元件C、加熱元件 D、發光元件

3、光敏電阻的性能好、靈敏度高，是指給定電壓下( C )

A、暗電阻大 B、亮電阻大C、暗電阻與亮電阻差值大D、暗電阻與亮電阻差值小

4、光與物質的作用實質是光子與電子的作用，電子吸收光子的能量後，改變了電子的運動規律。由於物質的結構和物理性能不同，以及光和物質的作用條件不同，在光子作用下產生的載流子就有不同的規律，因而導致了不同的光電效應。以下是屬於內光電效應的有（ BCD ）。

A、光電發射效應B、光電導效應 C、光生伏特效應 D、光磁效應

5、在光線作用下，半導體的電導率增加的現象屬於( BD )。

A、外光電效應B、內光電效應C、光電發射 D、光導效應

6、以下幾種探測器屬於熱探測器的有：（ ABCD ）。

A、熱電偶型 B、熱釋電型 C、高萊氣動型 D、熱敏電阻型

7、光電探測器的特性的微觀量-宏觀量描述是什麼？

答：量子效率

單位時間單位光量子數產生的光電子數。

就是等量子光譜響應曲線中用光電子數代替電流或電壓。

8、光電信息轉換器件的主要特性：

答：1．光電特性?─IФ[光電流]＝F（Ф）[光通量]2．光譜特性?─IФ[光電流]＝F（λ）[入射光波長]3．伏安特性?─IФ[光電流]＝F（Ｕ）[電壓]4．頻率特性?─IФ[光電流]＝F（f）[入射光調製頻率]

9、廚房宜採用哪種形式的火災報警探測器( C )

A、感溫探測器 B、火焰探測器 C、感煙探測器

10、圖像通信系統主要由圖像輸入設備、（ ABCD ）等組成。

A、編碼器 B、調製器 C、信道 D、顯示終端

11、光電子器件有哪些？

答：可分爲有源器件和無源器件。有源：激光器、光放大器、探測器、光調製器、波長轉換器。無源：光隔離器、光耦合器、光濾波器、光開關、光衰減器、色散補償器、偏振控制器、偏振模補償器。

12.、何爲大氣窗口，試分析光譜位於大氣窗口內的光輻射的大氣衰減因素。 答：對某些特定的波長，大氣呈現出極爲強烈的吸收。光波幾乎無法通過。而對於另外一些波長的光波，幾乎不吸收，根據大氣的這種選擇吸收特性，一般把近紅外區分成八個區段，將透過率較高的波段稱爲大氣窗口。光譜位於大氣窗口內的光輻射的大氣衰減因素主要有：大氣分子的吸收，大氣分子散射，大氣氣溶膠的衰減.

13、何爲電光晶體的半波電壓？半波電壓由晶體的那些參數決定？答:當光波的兩個垂直分量Ex￠和Ey￠的光程差爲半個波長（相應的相位差爲p）時所需要加的電壓，稱爲半波電壓。

14、若取vs=616m/s，n=2.35，fs=10MHz， l0=0.6328mm，試估算髮生拉曼-納斯衍射所允許的最大晶體長度Lmax=?

解：

15、考慮熔融石英中的聲光布喇格衍射，若取l0=0.6328mm, n=1.46,vs=5.97×103m/s,fs=100MHz，計算布喇格角qB=?解：

16、闡述光源半導體激光器LD和半導體發光二極管LED的主要區別和作用。 答：LD和LED相比，其主要區別在於，前者發出的是激光，後者發出的是熒光，因此，LED的譜線寬度較寬，調製效率低，與光纖的耦合效率也較低；但它的輸出特性曲線線性好，使用壽命長，成本低，適用於短距離、小容量的傳輸系統。而LD一般適用於長距離、大容量的傳輸系統，在高速率的PDH和SDH設備上已被廣泛採用。