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目录1

第1章　红外辐射基础1

1.1　红外辐射及红外光谱1

1.2　红外热效应与红外吸收1

1.3　红外辐射技术术语、定义、符号和单位3

1.4　点源和面源5

1.5　辐射能的传播7

1.5.1　辐射能逆二次方传播定律7

1.5.2　朗伯（Lambert）余弦定律7

1.6　黑体和黑体辐射9

1.7　红外辐射基本定律10

1.7.1　基尔霍夫（Kirchhoff）定律10

1.7.2　斯忒藩-玻尔兹曼（Stefan-Boltzman）定律11

1.7.3　维恩位移定律12

1.7.4　普朗克定律（公式）13

1.8　黑体辐出度的计算和通用函数表14

1.8.1 f（λT）函数表14

1.8.2 F（λT）函数表17

1.8.3　f（λT）,F（λT）函数表的使用和计算举例17

2.1.1 比辐射率（ε）20

2.1 非黑体辐射20

第2章 实际辐射源和光电探测器20

2.1.2 实际物体的辐射21

2.2　影响物体发射率的因素和变化规律21

2.3　辐射体分类及辐射参数23

2.3.1　三类辐射体23

2.3.2　物体的吸收率、反射率和透射率24

2.4　红外辐射源25

2.4.1　标准辐射源26

2.4.2　几种工程用辐射源26

2.4.4　月球、行星、恒星27

2.4.3　太阳27

2.4.5　地球28

2.4.6　人体28

2.5　红外探测器及其分类28

2.5.1　热探测器29

2.5.2　光子（或量子）探测器30

第3章　红外发光二极管及发光组件31

3.1　PN结的形成和自发辐射31

3.1.1　PN结及其能带图31

3.1.2　PN结的伏-安特性32

3.1.3　PN结的自发辐射33

3.2　LED的能带结构和发光波长及辐射强度34

3.2.1 LED的发光波长和材料的跃迁类型34

3.2.2 LED的PN结材料和发光色及发光效率36

3.3　红外发光二极管的外形与内部结构37

3.3.1 红外LED的外形结构37

3.3.2 红外LED的内部结构38

3.4 表面红外发光二极管（SLED）40

3.5 侧面发光二极管（ELED）41

3.6　红外高速发光二极管42

3.7 超辐射红外发光二极管（SLD）43

3.8　红外发光二极管的基本特性和测试方法44

3.8.1 LED的伏-安（V-A）特性44

3.8.2 LED的电光转换（P-I）特性45

3.8.3　LED的辐射光谱分布47

3.8.4 LED辐射方向性图和半功率角宽度θ0.548

3.8.5 LED的几个重要参数49

3.9 红外发光二极管的选型、使用和安装50

3.9.1 HG系列红外发光二极管51

3.9.2　TLN系列红外发光二极管53

3.9.4　红外发光二极管的驱动、正确使用和安装54

3.9.3　GL型和其他系列红外发光二极管54

3.10　红外发光LED组件56

3.11　设计红外发射电路的注意事项57

3.12 几种典型的红外光发射电路58

第4章 固体和气体红外激光源61

4.1　红宝石激光器61

4.2 钇铝柘榴石（Nd:YAG）激光器62

4.3　玻璃系列激光器63

4.4　钛宝石激光器64

4.5.1 内镜型He-Ne激光器67

4.5　He-Ne气体激光器67

4.5.2　外镜型He-Ne激光器68

4.5.3 He-Ne混合气体受激辐射机理及能级图68

4.6　CO2激光器69

4.6.1 CO2激光器的激发方式和相应结构70

4.6.2　CO2激光器的发光波长和跃迁能级图73

第5章 半导体激光二极管（LD）75

5.1　半导体激光器的一般工作原理75

5.1.1　物质的光吸收与发射75

5.1.2　半导体中载流子的统计分布与粒子数反转76

5.1.3　重掺杂下PN结的能带分布和受激辐射机理79

5.1.4　激光振荡条件与光学谐振腔80

5.2.1　按垂直于PN结方向的结构分类81

5.2　法布里-珀罗（F-P）腔型半导体二极管激光器81

5.2.2　按平行于PN结方向的结构分类83

5.3　GaAs/Al0.3 Ga0.7 As双异质结构条形激光二极管84

5.4 分布反馈（DFB）激光二极管和分布Bragg反射器激光二极管87

5.4.1 DFB激光二极管87

5.4.2　分布布拉格反射器（DBR）激光二极管88

5.4.3　分别限制式异质结分布反馈（SCH-DFB）激光二极管89

5.5　量子阱激光二极管90

5.5.1　量子阱激光器的结构和发光机理90

5.5.2　量子阱激光器的特点91

5.6.1 面发射激光器（SELD）的类型和特点92

5.6　垂直腔面发射激光器（VCSEL）92

5.6.2　垂直腔面发射激光器（VCSEL）的结构和基本特性93

5.6.3　垂直腔面发射激光器（VCSEL）的优点和应用95

5.7　半导体激光二极管的特性及合理应用97

5.8　半导体激光器组件102

5.8.1　组件的构成与功用102

5.8.2　几种实用半导体激光器组件105

第6章 红外激光在信息处理、工业和军事等领域的应用113

6.1　激光在信息处理、数字音频中的应用113

6.1.1　激光信息处理与压缩激光盘113

6.1.2　激光唱机的构成和数据读取116

6.2　红外激光雷达117

6.2.1　激光测距仪118

6.2.2　地炮红外激光组合雷达119

6.2.3　红外激光自动跟踪雷达120

6.2.4　跟踪导弹、飞船发射的红外激光雷达124

6.3　大气环境监测红外激光雷达124

6.4　红外激光制导129

6.4.1　制导及其分类129

6.4.2　红外制导及系统分类130

6.4.3　红外激光制导132

6.5.1　光纤通信系统134

6.5 以红外光波为传媒的光纤通信系统134

6.5.2　光放大器136

6.6　红外激光大气通信140

6.7　卫星激光通信141

6.7.1　卫星微波通信141

6.7.2　卫星运动轨道与同步卫星142

6.7.3　卫星激光通信143

6.8　红外激光加工及激光加工装置145

6.8.1　激光加工及激光加工机概述145

6.8.2　加工用激光的特性146

6.8.3　激光切割149

6.8.4　激光切削152

6.8.5　激光焊接153

6.8.6　激光表面处理155

6.8.7　激光表面去污157

第7章 红外光电探测器及应用159

7.1　光电探测器分类及相应原理159

7.1.1　光电探测器分类159

7.1.2　半导体的光电导效应和光电导探测器（PC器件）159

7.1.3　半导体的光生伏特效应和光生伏特探测器（PV器件）161

7.1.4　光磁电效应和光磁电探测器（PEM器件）161

7.1.5　光电子发射效应和光电发射探测器（PE器件）162

7.2　光电导探测器（光敏电阻器）及应用163

7.2.1　光电导探测器的工作原理163

7.2.2　光电导探测器的基本特性和主要参数166

7.2.3　从可见光到远红外光波段的常用光电导探测器170

7.2.4　常用的MG系列CdS光电导探测器174

7.2.5　光电导探测器的偏置电路180

7.2.6　光电导探测器使用注意事项183

7.2.7　采用光敏电阻的金鸡报晓电路184

7.2.8　采用光敏电阻的阅读环境照度监视语言告戒电路185

7.2.9　用光敏电阻制成的光控式路灯自动亮灭电路186

7.2.10　用光敏电阻作为靶心的打靶中的“好运来”游戏机电路187

7.3　光电二极管（PD）及应用188

7.3.1　光电二极管（PD）的结构和工作原理188

7.3.2　光电二极管（PD）的基本特性和主要参数189

7.3.3　工程实用PN结型光电二极管193

7.3.4　光电二极管实用电路六例198

7.4　PIN型光电二极管（PIN-PD）200

7.4.1　PIN型光电二极管的结构和工作原理200

7.4.2　PIN型光电二极管的性能参数和典型管型201

7.5　雪崩光电二极管（APD）207

7.5.1　雪崩倍增效应207

7.5.2　APD的结构及其工作原理208

7.5.3 国产雪崩光电二极管APD的性能参数和典型器件211

7.6　特殊光电二极管及组合器件213

7.7 内含光电二极管的低噪声集成放大器和应用电路217

7.7.1　DFA系列（DFA—XXXX）光电转换集成放大电路218

7.7.2 HAD系列（1100A）光电转换集成放大电路219

7.7.3　HFD系列（1060，1100）光电转换集成放大电路220

7.7.4 HUV系列（1100BG,1100BQ,2000B,4000B）光电转换集成放大器电路222

7.7.5 HUV双系列（2525BG）集成电路224

7.7.6 HTE系列（2100BQ,2104BQ）集成电路226

7.7.7　双光电二极管双通道DTC系列集成电路227

7.7.8 含光电二极管和单电源运放的集成电路OPT101229

7.7.9 含光电二极管和放大器的OPT202型集成电路和应用233

7.7.10　含光电二极管和放大器的OPT209型集成电路和应用237

7.7.11 含光电二极管和放大器的OPT301型集成电路和应用242

7.8　光电晶体管及其应用248

7.8.1 同质结光电晶体管的结构和工作原理248

7.8.2　光电晶体管的主要特性250

7.8.3　波长可选的异质结光电晶体管253

7.8.4　光电场效应晶体管255

7.8.5　达林顿型光电三极管256

7.8.6　光控可控硅及其应用257

第8章 光电耦合器件及应用电路264

8.1　光电耦合器件概述264

8.2　光电耦合器的结构和分类264

8.3 白炽灯-光敏电阻型光电耦合器266

8.4　氖灯-光敏电阻型光电耦合器269

8.5　二极管-光敏电阻型光电耦合器270

8.5.1　二极管光敏电阻型光电耦合器的结构和特性270

8.5.2　VTL型系列光电耦合器的性能和典型器件介绍272

8.5.3　二极管-光敏电阻型光电耦合器的基本电路设计和计算273

8.5.4　二极管-光敏电阻型光电耦合器应用实例276

8.6　二极管-二极管型光电耦合器283

8.7.1　二极管-三极管型光电耦合器的结构、原理和电路符号287

8.7.2　二极管-三极管型光电耦合器的信息传输原理及优缺点287

8.7　二极管-三极管型光电耦合器287

8.7.3　二极管-三极管型光电耦合器的性能参数及其测量288

8.7.4　常见二极管-三极管型光电耦合器的产品型号、参数及典型管型举例说明293

8.7.5　二极管-高压三极管输出式光电耦合器298

8.8　二极管-达林顿输出型光电耦合器300

8.8.1　二极管-达林顿输出型光电耦合器的组成和性能参数300

8.8.2　常见二极管-达林顿输出型光电耦合器的产品型号、参数及典型管型举例说明302

8.9　二极管-光敏可控硅型光电耦合器／光电隔离器303

8.9.2　二极管-双向可控硅型光电耦合器的产品型号、参数及典型耦合器举例说明304

8.9.1 二极管-光敏可控硅型光电耦合器的组成、特点和电路符号304

8.9.3　二极管-光敏可控硅光电耦合器的典型应用电路308

8.10　交流输入-晶体管输出型光电耦合器310

8.11 光电耦合器在信号耦合和隔离电路中的设计及实际应用313

8.11.1　小信号交流耦合电路的设计计算314

8.11.2　脉冲耦合电路的设计计算315

8.12　光电耦合器在长线传输中的设计和应用316

8.12.1　采用光电耦合器传输数字信号的设计计算316

8.12.2　采用光电耦合器的非对称负载长线传输电路318

8.13　光电耦合器在隔离放大器中的应用319

8.12.4　对称负载接地的长线传输电路319

8.12.3　终端负载对称的长线传输电路319

8.13.1 使用二极管-二极管光电耦合器的宽频带隔离放大器320

8.13.2　采用二极管-三极管光电耦合器的电平反馈式扫描幅度控制电路320

8.13.3　采用二极管-三极管型光电耦合器的线性放大器320

8.13.4　光电耦合器隔离正反相输入线性放大器321

8.13.5　光电耦合比较放大器电路321

8.14 用光电耦合器实现不同逻辑电路的连接和电平匹配322

8.14.1 HTL-TTL-HTL逻辑电路的互连323

8.14.2　采用光电耦合器的接口电路323

8.15.1　用光电耦合器组成常闭和常开开关325

8.14.3　采用光电耦合器的数字电平匹配电路325

8.15　用光电耦合器组成各种无触点开关电路325

8.15.2　用光电耦合器组成自锁功能的无触点开关326

8.15.3　用光电耦合器组成单刀双掷开关327

8.15.4　用光电耦合器组成双刀双掷开关电路328

8.16　用光电耦合器组成各种脉冲整形电路329

8.16.1　光电耦合器与晶体管放大器组成同相整形电路329

8.16.2　光电耦合器与门电路组成同相输出驱动电路329

8.16.3　光电耦合器与门电路组成反相整形电路330

8.16.4　光电耦合器与分立元件施密特触发器组成同相整形驱动电路330

8.17.1 用光电耦合器组成与门及非门逻辑电路331

8.17　用光电耦合器组成各种逻辑电路331

8.17.2　用光电耦合器组成或门、或非门逻辑电路332

8.17.3　用光电耦合器组成禁阻门电路332

8.18　用光电耦合器组成各种触发器和振荡器332

8.18.1　用光电耦合器组成双稳态触发电路333

8.18.2　用光电耦合器组成单稳态电路333

8.18.3　用光电耦合器组成双稳态隔离输出电路334

8.18.4　用光电耦合器组成多谐振荡器隔离电路334

8.18.5　用光电耦合器组成施密特触发器电路335

8.18.6　用光电耦合器组成音频振荡器335

8.18.7　用光电耦合器组成多谐振荡器336

8.19　用光电耦合器组成各种驱动电路337

8.19.1　有源与非门驱动电路337

8.19.2 门电路和晶体管混合驱动电路337

8.19.3　用光电耦合器隔离并驱动可控硅控制电路338

8.19.4　用光电耦合器组成多组驱动电路339

8.19.5　用光电耦合器组成传真机记录管的隔离、驱动电路339

8.20　光电耦合器在稳压源和过流保护电路中的应用340

8.20.1　用光电耦合器隔离的可控硅触发控制交流供电电路340

8.20.2　采用光电耦合器的交流供电切换电路340

8.20.3　用光电耦合器进行隔离调整的500V高压稳压电路341

8.20.6　用光电耦合器进行精密调整的1000V高压稳压电路342

8.20.4　采用光电耦合器进行隔离调整的1000V高压稳压电路342

8.20.5　用光电耦合器构成的控制高压开关电路342

8.21　用光电耦合器组成隔离式斩波器和调制器343

8.21.1　用光电耦合器构成的隔离式斩波电路343

8.21.2　由两个光电耦合器构成的直接斩波取样电路344

8.21.3　用光电耦合器组成交流信号斩波取样电路344

8.21.4　用光电耦合器组成相位差180°的方波调制器344

8.22　光电耦合器在计时、定时方面的应用345

8.22.1　钟控定时运行节电插座电路345

8.22.2　竞赛用数字计时器电路346

8.22.3　竞赛用60秒声光数字计时器电路347

8.22.4　家用电器0.5～24h定时关断“叮咚”发声控制电路348

8.22.5 采用可控硅型光电耦合器的定时安全供电插座伴鸟鸣声报叫电路349

8.22.6　0.5～24h声光显示任意定时军号发声电路350

8.23　光电耦合器在话铃检测、话机留言、自动录音方面的应用351

8.23.1　采用光电耦合器的无绳电话机铃流检测电路351

8.23.2　采用光电耦合器检测电话回铃音电路352

8.23.3　采用光电耦合器的电话自动录音控制电路352

8.23.4　电话实时全自动录音控制电路353

8.23.5　采用光电耦合器隔离的用语音代替电话铃声的留言控制器电路354

8.24.1　具有“高压危险”语言告警功能的漏电保护插座电路356

8.24　光电耦合器在安全用电、供电方面的应用356

8.24.2　市电AC220V来电、停电音响报叫器电路357

8.24.3　AC220V来电乐曲发声报叫电路358

8.24.4　交流电停电语音报叫安全供电插座电路359

8.24.5　交流电复电叮咚乐曲报讯器电路360

8.24.6　采用光电耦合器4N26的市电停电声光报知器电路361

8.24.7　交流电停电语声“请注意”告戒供电插座电路362

8.25　光电耦合器用于PC机、单片机安全联机和接口363

8.25.1　计算机CPU运行故障音响监视器电路363

8.25.2　计算机输入、输出设备与分机或终端的匹配连接电路363

8.25.4　采用光电耦合器实现微处理器进行安全控制的固态继电电路364

8.25.3　采用光电耦合器的计算机矩阵隔离和电平匹配网络364

8.25.5　采用光电耦合器构成CMOS接口电路365

8.25.6　采用光电耦合器实施单片机对交流电压源的控制电路366

8.25.7　采用光电耦合器实现IBM PC机与8031单片机间双向通信的电路367

8.25.8　采用光电耦合器对单板机实施自动复位电路367

8.26　光电耦合器在日用电子和工业控制方面的应用368

8.26.1　用光电耦合器组成的充电指示电路368

8.26.2　采用二极管-光敏电阻型光电耦合器的自动充电器电路368

8.26.3　光电隔离的间歇式电加热控制电路370

8.26.4　车床实习保安装置电路371

8.26.5　用光电耦合器的晶体管扩音器过电流自动保护电路371

8.26.6　采用光电耦合器的AC220V电压源转化为脉冲方波信号电路372

8.26.7　采用光电耦合器将扫描信号转变成脉冲信号电路373

8.26.8　采用光电耦合器将输入音频信号转换成脉冲的电路373

8.26.9　电话摘机夜间自动照明控制电路374

8.26.10　用光电耦合器构成隔离式固态继电器电路375

8.26.11 采用光电耦合器进行多点温度巡检的接口电路376

第9章　光电断路器、光电开关及其应用378

9.1　光电断路器及其应用378

9.1.1　光电断路器的结构、原理和主要参数378

9.1.2　光电断路器的特点和典型应用380

9.1.3　KP型光电断路器及外电路连接382

9.1.4　钱柜、抽屉防盗语言报叫电路383

9.1.5　采用反射型光电断路器的电磁活塞控制电路384

9.1.6　公交车安全行车关门声光报叫电路385

9.1.7　采用反射式光电断路器的计数器电路386

9.1.8　旅馆客房节电插匙取电、用电控制电路387

9.2　光电开关及其应用388

9.2.1　光电开关的分类和工作方式388

9.2.2　光电开关的结构类型和主要功能390

9.2.3　光电开关的用途和典型应用394

9.2.5　采用槽型光电开关的门、窗防盗报警电路395

9.2.4　采用对射式光电开关和袖珍计算器的自动计数器395

9.2.6　柜屉抽动无线电报叫装置电路396

9.2.7　采用反射型光电开关的可逆计数电路397

9.3　光纤式光电开关及其应用399

9.3.1　光纤式光电开关的结构特点和工作原理399

9.3.2　光纤式光电开关的性能及典型应用举例401

9.4　单片集成光电开关ULN-3300及其应用403

9.4.1　ULN-3300的组成、原理和性能404

9.4.2　ULN-3300在光电控制上的典型应用406

9.4.3　红外光控电动走马灯伴马蹄声电路406

9.4.4　采用TC-3300的光控放水伴蛙鸣发声电路408

9.4.5　采用TC-3300光电开关的四位计数电路409

9.4.6 采用ULN-3300光电开关的可逆计数器电路409

9.5　反射式红外光电开关TX05D及应用电路412

9.5.1　TX05D的结构、工作原理412

9.5.2　采用TX05D和计算器的自动计数电路413

9.5.3　珍贵物品防接近声光报警电路414

9.5.4　红外光控“请开门”语言报叫门铃电路415

9.5.5　红外反射式节水型自动喷泉伴蛙鸣发声控制电路416

9.5.6　红外光控延时开关插座伴“您好”乐曲发声控制电路416

9.5.7　反射式红外光控看门狗及门灯点亮电路417

9.5.8　红外防入侵无线报叫电路418