9787122240613 光电产品电路设计(肖春华) 化学工业出版社 肖春华 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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肖春华 著

图书标签:

• 光电产品
• 电路设计
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• 化学工业出版社
• 肖春华
• 9787122240613
• 专业教材
• 高等教育
• 理工科

店铺： 聚雅图书专营店

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122240613

商品编码：29563246129

包装：平装

出版时间：2015-08-01

基本信息

书名：光电产品电路设计(肖春华)

定价：26.00元

作者：肖春华

出版社：化学工业出版社

出版日期：2015-08-01

ISBN：9787122240613

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书共分三篇，篇介绍光的辐射本质及其单位、热辐射光源和气体放电光源以及激光相关特性；第二篇讲述常用光电原件、半导体激光器、常用光敏元件以及常用无源光器件。第三篇主要围绕光电产品应用控制系统领域进行任务设计，使用目前主流的单片机作为控制系统的核心，以C51编程技术进行软件开发，围绕射频通信技术、485总线通信技术、GSM通信技术、PWM进行LED灯具调光技术、液晶显示技术等通讯领域常用技术进行系统开发，内容来源于实际产品的设计制作，无论是器件的选型，还是电路的设计以及程序的编写都反映了工程上的实际需求，融入了现代企业的新技术、新工艺、新的管理模式。
　　本书适合于高职高专院校光、电类相关专业的实践教学，也可作为课程设计、毕业设计和单片机接口技术课程的辅导教材。

目录

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篇 光源技术基础
任务一 学习光的辐射
任务目标
任务描述
知识链接
一、光的辐射本质
二、光度量及单位
三、热辐射光源和气体辐射光源
任务实施
任务检查与评价
【思考与练习】

任务二 了解激光光源
任务目标
任务描述
一、任务内容
二、实施条件
三、安全提示
知识链接
一、激光的特性
二、激光的产生
三、激光器的种类
任务实施
任务检查与评价
【思考与练习】

第二篇 常用光电器件
任务一 认识常用光电元件
任务目标
任务描述
一、任务内容
二、实施条件
三、安全提示
知识链接
一、可见光发光二极管
二、光电二极管
三、光电三极管
四、光电池
任务实施
任务检查与评价
【思考与练习】

任务二 认识半导体激光器
任务目标
任务描述
一、任务内容
二、实施条件
三、安全提示
知识链接
一、半导体激光器概述
二、半导体激光器的工作原理
三、半导体激光器的特性
四、半导体激光器的应用
五、半导体激光器损坏原因和预防措施
任务实施
任务检查与评价
【思考与练习】

任务三 认识常用光敏元件
任务目标
任务描述
一、任务内容
二、实施条件
三、安全提示
知识链接
一、光敏电阻
二、光敏电阻典型应用电路
三、光敏电阻的检测方法
任务实施
任务检查与评价
【思考与练习】

任务四 认识常用无源光器件
任务目标
任务描述
一、任务内容
二、实施条件
三、安全提示
知识链接
一、光纤连接器
二、光衰减器
三、光隔离器
四、光耦合器
五、光开关
六、光波分复用器
任务实施
任务检查与评价
【思考与练习】

第三篇 光电产品应用设计
任务一 使用C51编程控制LED发光二极管
任务目标
任务描述
一、任务内容
二、实施条件
三、安全提示
知识链接
一、C51程序设计技术
二、C51的数据类型
三、C51的运算符与表达式
四、C51流程控制语句
五、C51的数组
六、指针
七、C51的函数
任务实施
任务检查与评价
【思考与练习】

任务二 设计学生寝室用电管理系统
任务目标
任务描述
一、任务内容
二、实施条件
三、安全提示
知识链接
一、单片机应用系统开发概述
二、RF905射频技术
任务实施
任务检查与评价
【思考与练习】

任务三 设计光伏发电太阳能路灯系统
任务目标
任务描述
一、任务内容
二、实施条件
三、安全提示
知识链接
一、模块化编程技术
二、太阳能电池板简介
三、太阳能蓄电池简介
四、太阳能路灯系统简介
任务实施
任务检查与评价
【思考与练习】

任务四 设计室内LED节能控制系统
任务目标
任务描述
一、任务内容
二、实施条件
三、安全提示
知识链接
一、GPRS通信技术
二、485总线通信技术
任务实施
任务检查与评价
【思考与练习】

参考文献

作者介绍

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肖春华，武汉软件工程职业学院，讲师，主修专业为电力电子与电力传动，2007年至2008年工作于武汉华中数控股份有限公司，从事电子技术开发工作，2009年调入到武汉软件工程职业学院通信技术教研室工作，主讲《单片机技术》、《电子技术》、《单片机C语言程序设计》、《EDA技术》等课程。

文摘

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序言

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探索微观世界的奥秘：光电材料与器件的创新之路 本书深入剖析了光电产品电路设计的核心原理与前沿技术，旨在为读者提供一个全面而深入的理解框架。我们将从最基础的光与电的相互作用出发，逐步揭示构成现代光电产品不可或缺的各类材料与器件的设计理念和实现路径。 第一章：光与电的交响曲——基础理论与相互作用 本章将首先为读者构建扎实的理论基础。我们将详细阐述光的波粒二象性，以及电磁波的传播特性，为理解后续的光电转换过程打下坚实根基。随后，我们将聚焦于半导体材料的能带理论，这是理解光电转换器件工作原理的关键。晶体结构、价带、导带、禁带宽度等概念将被娓娓道来，并结合不同半导体材料（如硅、锗、砷化镓等）的特，分析它们在光电应用中的优势与局限。 接着，我们将深入探讨光与物质相互作用的基本物理过程。光子与电子的碰撞、载流子的产生与复合、光吸收与光发射的机制都将一一解析。量子力学中的吸收系数、发射系数等概念将得到详细的阐释，帮助读者理解为何不同的材料对特定波长的光具有不同的响应。此外，本章还将介绍不同类型的光与物质相互作用，例如光电导效应、光伏效应、光致发光效应、电致发光效应等，并简要提及它们在实际中的应用前景，为后续章节的器件设计铺平道路。 第二章：光电转换的基石——半导体材料的特与选择 本章将聚焦于构成光电产品的核心——半导体材料。我们将系统地介绍多种重要的半导体材料，包括但不限于： 硅 (Si)：作为应用最广泛的半导体材料，我们将深入探讨其纯化工艺、晶体生长技术（如直拉法、区熔法），以及不同掺杂（P型、N型）对导电类型和载流子浓度的影响。硅基光电器件的优势在于其成熟的制造工艺和低廉的成本，但在特定波段的吸收效率和载流子寿命方面存在一定限制。 砷化镓 (GaAs)：与硅相比，GaAs具有更高的电子迁移率和直接带隙，使其在高速光电子器件和高效率发光器件中表现出色。本章将介绍GaAs的晶体生长、表面处理技术，以及其与铝（Al）、铟（In）等元素形成的合金（如AlGaAs, InGaAs）如何通过调节带隙来优化器件性能。 磷化铟 (InP)：InP及其合金（如InGaAsP）在光通信领域占据重要地位，尤其是在1.3μm和1.55μm这两个关键的通信窗口。我们将探讨InP基材料的优势，如高载流子迁移率和优良的耐辐射性能，并分析其在激光器、光电探测器等器件中的应用。 宽禁带半导体材料 (SiC, GaN)：近年来，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料的兴起为高温、高压、高频和高功率应用带来了新的机遇。本章将介绍这些材料的独特优势，如高击穿电压、高热导率和优异的化学稳定性，并探讨它们在电力电子、紫外探测、LED照明等领域的应用潜力。 在介绍各种材料的同时，本章还将强调材料选择的准。我们将从带隙（Band Gap）、载流子迁移率（Carrier Mobility）、载流子寿命（Carrier Lifetime）、吸收系数（Absorption Coefficient）、衍射/散射特性（Diffraction/Scattering Properties）、热稳定性（Thermal Stability）、化学稳定性（Chemical Stability）以及制造成本（Manufacturing Cost）等多个维度进行综合分析，帮助读者理解如何根据特定的应用需求，选择最合适的半导体材料。 第三章：捕捉光子——光电探测器的设计与应用 光电探测器是将光信号转化为电信号的关键器件。本章将深入剖析各类光电探测器的设计原理、性能指标和典型应用。 光电导探测器 (Photoconductive Detectors)：我们将解释光电导效应的原理，即光照引起的材料电导率变化，并详细介绍PN结型光电导探测器、PIN结型光电导探测器以及APD（雪崩光电二极管）的工作机制。APDs的倍增效应将得到重点阐述，分析其如何实现信号的放大。 光伏探测器 (Photovoltaic Detectors)：本章将聚焦于利用光伏效应发电的探测器，如太阳能电池。我们将探讨PN结、PIN结在光伏效应中的作用，并分析影响其能量转换效率的关键因素，包括材料吸收、载流子分离与收集、表面复合等。 光电倍增管 (Photomultiplier Tubes, PMTs)：尽管PMTs依赖于真空技术，但其极高的灵敏度和响应速度使其在低照度测量、粒子探测等领域仍不可替代。本章将介绍PMTs的电子倍增机制、阴极材料的选择以及其在科学研究和工业检测中的广泛应用。 CMOS/CCD图像传感器：这些器件是现代成像技术的核心。我们将剖析CMOS和CCD图像传感器在像素结构、电荷耦合、信号读出等方面的设计差异，并分析它们在数码相机、监控设备、科学仪器等领域的性能优势。 本章还将详细讨论光电探测器的性能评估指标，如响应度（Responsivity）、量子效率（Quantum Efficiency）、噪声等效功率（Noise Equivalent Power, NEP）、探测率（Detectivity, D）、带宽（Bandwidth）、响应时间（Response Time）等，并结合实际案例，指导读者如何根据应用场景选择合适的探测器。 第四章：发射光芒——光源器件的设计与集成 与探测器相对应，光源器件负责产生光信号。本章将系统介绍各类光电器件中的光源设计与集成。 发光二极管 (Light Emitting Diodes, LEDs)：从最早的GaAsP红光LED到如今的氮化物基蓝光、绿光LED，以及全彩LED，本章将追溯LED技术的发展历程。我们将深入研究PN结的发光原理，分析p-n异质结、量子阱等结构如何提高发光效率。同时，还将探讨LED的封装技术、散热设计、驱动电路以及其在照明、显示、指示等领域的广泛应用。 半导体激光器 (Semiconductor Lasers)：激光器以其高方向性、高单色性和高相干性在通信、测量、医疗、工业等领域扮演着至关重要的角色。本章将详细介绍激光器的工作原理，包括增益介质、谐振腔、阈值电流等概念。我们将重点分析不同类型的半导体激光器，如分布式布拉格反射（DBR）激光器、分布反馈（DFB）激光器、量子级联激光器（QCL）等，并探讨其在特定波段的优势。 光电耦合器 (Optocouplers)：光电耦合器是一种将电信号通过光信号进行隔离传输的器件，在电源隔离、信号安全等方面具有重要意义。本章将介绍光电耦合器内部的光源（通常是LED）与光电探测器（如光电晶体管、光电二极管）的耦合设计，并分析其隔离电压、传输速率等关键参数。 本章的重点在于理解不同光源在发光波长、输出功率、发光效率、响应速度、稳定性等方面的差异，以及如何根据实际需求进行选择与集成。 第五章：光电集成与电路设计——实现高效稳定的光电器件 掌握了光电器件的基础原理后，本章将进一步深入探讨如何将这些器件有效地集成到电路中，并进行优化设计，以实现高性能、高稳定性的光电产品。 光电器件的电气接口与驱动电路设计：我们将分析不同光电器件（如LED、激光器、光电二极管、光电三极管等）的电气特性，如正向压降、反向漏电流、响应时间等，并设计相应的驱动电路。对于LED和激光器，我们将讨论恒流驱动、PWM调光等技术。对于光电探测器，我们将设计跨阻放大器（TIA）等用于放大微弱光信号的电路。 信号处理与放大电路：光电探测器输出的信号往往微弱且包含噪声，因此信号处理电路的设计至关重要。本章将介绍低噪声放大器（LNA）、滤波器（如带通滤波器、低通滤波器）的设计与应用，以提高信噪比。 反馈与控制系统：为了保证光电器件的稳定工作，反馈与控制系统不可或缺。例如，在激光器系统中，我们将讨论自动功率控制（APC）和自动温度控制（ATC）等反馈机制。在LED照明系统中，我们将讨论亮度反馈和恒流控制。 低功耗设计：随着便携式设备和物联网应用的普及，低功耗设计成为光电产品设计的关键考虑因素。本章将介绍如何通过选择低功耗器件、优化电路拓扑、采用休眠模式等策略来降低整体功耗。 封装与热管理：光电器件的性能和寿命往往受到封装和热管理的影响。本章将探讨不同封装形式（如SMD、TO-can）的优缺点，以及如何通过散热片、导热材料等手段来有效控制器件的温度，避免性能衰减和早期失效。 可靠性与电磁兼容性 (EMC) 设计：光电器件在复杂环境中工作，需要考虑其可靠性。本章将讨论影响器件可靠性的因素，如应力、温度、湿度等，并介绍相关的测试与评估方法。此外，还将简要探讨EMC设计，以确保光电器件不会对其他电子设备产生干扰，也不会受到外部电磁干扰的影响。 第六章：前沿探索与未来展望——光电技术的无限可能 本章将带领读者跳出当前的技术框架，展望光电技术在未来的发展趋势和潜在应用。 有机光电子 (Organic Optoelectronics)：我们将介绍有机半导体材料的优势，如柔韧性、可溶液加工性，并探讨其在OLED显示、有机太阳能电池、有机光电探测器等领域的应用前景。 量子点光电子 (Quantum Dot Optoelectronics)：量子点的尺寸可调性赋予其独特的发光和吸收特性。本章将讨论量子点在LED、激光器、显示技术（如QLED）以及生物成像等方面的应用。 光计算与光通信的突破：随着传统计算能力的瓶颈日益凸显，光计算正成为新的研究热点。本章将探讨光子晶体、光波导等技术在构建光计算单元中的潜力。同时，我们将分析光通信在速率、带宽方面的持续进步，以及新型光纤、调制格式等技术带来的革新。 柔性与可穿戴光电器件：将光电器件集成到柔性基板上，能够实现可穿戴设备、智能纺织品等创新应用。本章将探讨柔性电子学的挑战与机遇。 生物光子学 (Biophotonics)：光与生命科学的交叉融合催生了生物光子学。本章将介绍光在疾病诊断、药物递送、显微成像等方面的应用，以及生物传感器、光动力疗法等前沿技术。 通过对这些前沿技术的介绍，本书旨在激发读者对光电领域创新活力的认识，并鼓励读者在未来积极探索和贡献。 本书力求以清晰的逻辑、详实的理论和丰富的实例，为读者构建一个完整的光电产品电路设计知识体系，无论您是初学者还是有一定基础的工程师，都能从中获益，掌握驾驭光电世界的关键技术，为开发下一代创新光电产品奠定坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格，说实话，非常贴近一线工程人员的实际操作语境，完全没有学术论文那种故作高深的腔调。作者在阐述原理时，总能巧妙地穿插一些“过来人”的经验之谈，比如某个参数的微小变动可能导致整个系统信噪比的急剧恶化，或者在实际调试中，某个元件的选型常常因为成本和性能的博弈而陷入两难。这种“接地气”的叙述方式，对于我们这些从理论转向实践的工程师来说，价值是无可估量的。它教会的不仅仅是“如何设计”，更是“设计时应该避免什么陷阱”。我特别喜欢其中关于系统级噪声抑制的章节，作者没有仅仅停留在理论公式推导，而是详细分析了不同布线策略对EMI/EMC的影响，甚至给出了一个具体的测试案例和修改后的效果对比，这种案例驱动的讲解方式，极大地增强了学习的代入感和说服力。读完这部分，我立刻回去审视了我手头上正在进行的一个项目，确实发现了一些因为忽略了版图布局而埋下的隐患，可以说是及时雨。

评分☆☆☆☆☆

作为一本偏向应用层面的技术书籍，它在内容广度与深度之间找到了一个令人称奇的平衡点。广度上，它覆盖了从基础的光电探测器原理到复杂的信号调理电路设计，再到最终的数据采集接口，形成了一个完整的系统链条。深度上，在每一个环节，比如跨阻放大电路的噪声分析、或者高速数据传输的阻抗匹配，作者都没有浮于表面，而是深入到运放的噪声模型和传输线理论的实际应用。最让我印象深刻的是，它对不同工作模式下的电路性能进行了详细的对比分析，比如，在低照度环境下，我们追求的是高增益和低噪声，这时电路设计应侧重于什么；而在强光饱和区域，则需要考虑限幅电路的反应速度和动态范围。这种分场景、分需求进行优化的思路，是教科书里很少会着墨强调的，却是在真实产品开发中决定成败的关键。我感觉自己不再是孤立地学习某一个模块的电路，而是学会了如何从一个整体系统的角度去优化每一个子电路的协同工作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的专业术语的解释清晰而精准，这一点非常重要，因为光电领域涉及大量跨学科的词汇，如果定义不清，后续的理解就会产生偏差。作者在首次引入一个复杂概念时，往往会先用最简洁的语言给出一个核心定义，然后迅速辅以一个简化的数学模型或类比，确保读者能快速建立直观认知。比如在讲解光电二极管的响应速度时，它不只是给出了一个时间常数公式，而是把它分解成了势垒电容、扩散时间等几个物理因素的叠加，让读者明白，提升速度的本质就是优化这些物理过程。此外，书中对公式的推导过程也保留得相当完整，虽然过程略显冗长，但对于喜欢追根溯源的读者来说，这是个极大的优点，保证了学习的严谨性，不会让人产生“这个结论是怎么来的”的疑问。它鼓励的不是盲目套用公式，而是真正理解公式背后的物理意义和设计约束。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧给人的第一印象相当不错，纸张的质量摸上去很厚实，不是那种一翻就卷边的廉价纸张，油墨印得也很清晰，即便是那些复杂的电路图，线条也根根分明，这一点对于我们这种需要反复对照细节的读者来说，简直是福音。装帧设计上看得出是下过心思的，封面没有那种花里胡哨的装饰，而是采用了比较沉稳的色调，一下子就能看出这是一本偏向专业领域的硬核书籍。我个人特别欣赏它在章节布局上的逻辑性，每一章的开头都会有一个清晰的知识点导引，让读者在深入复杂的技术细节之前，心里对这一部分的学习目标有个大致的把握。而且，书中的插图不仅仅是示意图，很多地方配有实际的测量波形图或者PCB布局的俯视图，这极大地弥补了纯文字描述的抽象性，使得晦涩难懂的理论知识瞬间变得可视化、可触摸。这种注重阅读体验和实际应用导向的设计哲学，让我在阅读过程中感觉非常顺畅，仿佛有一位经验丰富的工程师在旁边耐心讲解，而不是面对一堆冷冰冰的公式和代码。即便是涉及到一些较新的光电元件参数，作者也尽可能地引用了最新的行业标准，体现了其内容的时效性和专业严谨性。

评分☆☆☆☆☆

从一个长期关注电子设计前沿的读者的角度来看，这本书的价值在于它能有效弥合理论知识与行业前沿技术之间的鸿沟。它并非仅仅复述已有的经典设计，而是通过对具体产品案例的剖析，展现了如何将这些经典理论灵活地应用于解决现代光电系统面临的挑战，例如，如何在高频工作状态下维持低失真，或者如何设计出对温度漂移不敏感的补偿电路。更重要的是，它在每一章末尾的“思考题”或“进阶挑战”部分，往往会设置一些开放性的问题，引导读者去探索现有设计方案的局限性，并思考可能的改进方向。这无疑激发了读者的批判性思维和创新精神，让人在读完合上书本后，不是知识的停滞，而是新的探索欲望的开始。这本书与其说是一本教材，不如说是一本优秀工程师的“设计心法备忘录”，它提供的设计哲学远比具体的电路图纸更有价值。