光电产品电路设计(肖春华) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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肖春华 著

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• 肖春华
• 实用指南

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122240613

商品编码：29419611586

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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光电产品电路设计：从原理到实践的深度解析 本书并非聚焦于“光电产品电路设计(肖春华)”这一特定书籍，而是旨在为读者提供一个关于光电产品电路设计这一广阔领域更为全面、深入且实用的知识体系。我们将从光电技术的基石出发，逐步解析其在各类产品中的核心电路设计原理、实现方法以及面临的技术挑战。本指南将涵盖从基础的光电效应到复杂的光电集成系统，力求为工程师、学生以及对光电技术感兴趣的从业者提供一条清晰的学习路径和宝贵的实践经验。 第一章：光电基础理论与器件 要理解光电产品电路设计，首先必须牢固掌握光电技术的基础理论。本章将深入探讨光与物质相互作用的基本原理，包括光的基本属性（如波粒二象性、光子能量），以及光电效应的种类，如光电导效应、光生伏特效应、光电发射效应、光致发光效应和电致发光效应等。我们将详细阐述这些效应的物理机制，并介绍与之相关的关键材料特性，例如半导体的能带结构、光敏材料的吸收光谱和响应范围。 在此基础上，本章将重点介绍构成光电产品核心的光电器件。这包括： 光电探测器 (Photodetectors)：从传统的硅光电二极管、光电三极管，到更先进的雪崩光电二极管 (APD)、光电倍增管 (PMT)，再到面向特定应用的红外探测器（如碲镉汞、InGaAs）、紫外探测器和成像传感器（CCD、CMOS）。我们将分析它们的结构、工作原理、关键性能指标（如灵敏度、响应速度、噪声等）以及在不同应用场景下的选择依据。 发光器件 (Light Emitters)：涵盖LED（发光二极管）、OLED（有机发光二极管）、激光二极管 (LD) 等。本章将深入讲解它们的电光转换过程，分析不同类型发光器件的光学特性（如波长、亮度、色温）、电学特性（如正向压降、正向电流、开关速度）以及驱动电路的设计考量。 光调制器 (Optical Modulators)：介绍电光调制器、声光调制器、磁光调制器等，阐述它们如何通过改变光的振幅、相位或偏振来承载信息，并讨论其在光通信、光存储等领域的作用。 其他光电器件：简要介绍光隔离器、光耦合器、光电传感器（如光电开关、光电编码器）等，为读者构建更全面的光电器件知识图谱。 第二章：光电探测器电路设计 光电探测器是光电系统中接收和转换光信号的关键环节，其后端的电路设计直接影响到整个系统的信噪比、响应速度和测量精度。本章将聚焦于各类光电探测器的典型电路设计。 光电流/光电压的采集与放大：针对不同类型的光电探测器，我们将详细讲解如何设计有效的电路来采集微弱的光电流或光电压信号。这包括： 跨阻放大器 (Transimpedance Amplifier, TIA)：这是采集光电流最常用的放大器电路。我们将深入分析TIA的稳定性、带宽、噪声特性，并探讨如何通过器件选择和反馈网络优化设计。 跨压放大器 (Transconductance Amplifier)：用于将光电导器件的光电流转换为电压信号。 电压跟随器/缓冲器：用于驱动高阻抗的探测器或阻抗匹配。 噪声抑制与信号处理：光电探测过程中引入的噪声是影响系统性能的关键因素。本章将讲解： 噪声的来源：散粒噪声、热噪声、暗电流噪声、闪烁噪声等。 滤波技术：低通滤波器、带通滤波器、陷波滤波器等在信号去噪中的应用。 同步解调与锁相放大技术：对于周期性或准周期性光信号的检测，锁相放大器是实现极高信噪比的关键。我们将介绍其工作原理和电路实现。 APD与PMT的偏置与读出电路：针对具有内部增益的光电探测器（如APD和PMT），我们将讲解其工作所需的精确偏置电压的产生与控制，以及如何设计相应的读出电路来处理其输出的较高幅度信号。 特殊探测器电路：例如，对于成像传感器（CCD/CMOS），我们将简要介绍其像素读出电路、模拟信号处理链的设计思路，以及数模转换。 第三章：发光器件驱动与控制电路 发光器件的性能，无论是LED还是激光二极管，都与其驱动电流和控制方式密切相关。本章将深入探讨各类发光器件的驱动与控制电路设计。 LED驱动电路： 恒流源设计：LED的亮度与电流近似成正比，且对电流敏感，因此恒流驱动是保证稳定亮度和延长寿命的关键。我们将介绍线性恒流源（如三极管、MOSFET构成的恒流源）和开关恒流源（如降压、升压、升降压开关电源）的设计原理、效率和动态响应。 PWM调光电路：脉冲宽度调制 (PWM) 是实现LED亮度调节最有效的方式。本章将讲解PWM信号的产生，以及如何与恒流驱动相结合实现高动态范围的调光。 LED阵列驱动：在显示屏、照明等应用中，通常需要驱动大量的LED。我们将介绍串联、并联、行列扫描等驱动方式，以及相应的驱动芯片和电路设计。 激光二极管驱动电路： 精确恒流控制：激光二极管对驱动电流的精度要求极高，微小的电流波动都可能导致输出光功率不稳定甚至损坏器件。我们将重点分析高精度、低噪声的激光二极管驱动电路的设计。 温度控制与保护：激光二极管的性能对温度非常敏感。本章将介绍如何通过热电制冷器 (TEC) 和温度控制电路实现精确的温度稳定。同时，还将讲解防止浪涌电流、反向电压等对激光二极管造成损伤的保护电路。 光功率反馈控制：为了获得稳定的输出光功率，通常需要集成光电探测器进行反馈控制。我们将讲解光功率闭环控制电路的设计。 OLED驱动与刷新技术： 像素驱动电路：OLED的每个像素都需要独立的驱动信号。本章将介绍主动矩阵 (AM) 和无源矩阵 (PM) 驱动方式，以及相应的薄膜晶体管 (TFT) 驱动电路设计。 刷新速率与功耗优化：OLED的功耗与显示内容直接相关，本章将探讨如何通过优化驱动和刷新策略来降低功耗。 第四章：光电系统集成与应用电路 光电产品往往不是单个光电器件的简单组合，而是涉及多个功能模块的集成。本章将探讨光电系统的整体设计思路，以及不同应用场景下的典型电路。 光电传感器系统设计： 距离测量：例如，基于激光三角测量、ToF (Time-of-Flight) 的测距模块，涉及激光器驱动、光电探测器采集、信号处理（如时间测量、相位测量）等。 环境光检测：例如，自动亮度调节、光照度测量，涉及光敏电阻、光电二极管以及简单的信号调理电路。 接近开关与位置检测：利用红外对射、反射或光电编码器实现非接触式检测。 光通信系统电路： 光收发模块：包括激光驱动、光电探测器放大、高速信号处理等，要求高速、低噪声的设计。 光纤传感网络：例如，基于波分复用 (WDM) 的传感器系统，需要考虑光源选择、合路/分路器、探测器阵列以及信号复用/解复用电路。 图像采集与处理电路： ISP (Image Signal Processor) 基础：简要介绍图像传感器输出的原始数据，经过黑电平校正、坏点修复、增益控制、色彩校正、降噪等处理流程，以及相应的模拟前端 (AFE) 和数字信号处理 (DSP) 电路。 光电控制系统： 闭环反馈控制：例如，激光功率稳定、LED亮度恒定、光学成像系统中的自动对焦等，都需要光电探测器与微控制器/DSP进行闭环控制。 微控制器 (MCU) 在光电产品中的应用：如何选择合适的MCU，以及如何通过GPIO、ADC、定时器等接口与光电器件和外围电路进行交互。 电源管理与EMI/EMC设计： 低噪声电源设计：光电电路对电源噪声非常敏感，本章将介绍低噪声线性稳压器 (LDO) 和开关电源的滤波与优化设计。 电磁干扰 (EMI) 与电磁兼容 (EMC)：光电器件和高速电路容易产生电磁干扰，本章将探讨PCB布局、屏蔽、滤波等方面的设计技巧，以满足EMC要求。 第五章：设计工具、仿真与测试 理论与实践相结合是掌握电路设计的关键。本章将介绍进行光电电路设计所需的工具和方法。 EDA工具： 电路仿真软件：如SPICE（LTspice, PSpice, HSpice）、ADS等，用于对电路进行前期的性能仿真和参数优化。 PCB设计软件：如Altium Designer, Eagle, KiCad等，用于原理图绘制和PCB布局布线。 光学仿真软件：对于涉及光学性能的电路设计，如TracePro, Zemax等，可以辅助评估光学系统表现。 器件选型与参数评估： 数据手册 (Datasheet) 的解读：如何从数据手册中获取关键参数，并进行器件选择。 模型库的使用：在仿真软件中调用器件模型。 测试与测量仪器： 示波器：用于观察信号的时域波形、噪声和瞬态响应。 频谱分析仪：用于分析信号的频率成分和噪声功率谱。 信号发生器：用于产生激励信号进行电路测试。 功率计：用于测量光功率。 噪声系数测试仪：用于评估放大器等器件的噪声性能。 PCB布局与布线技巧： 关键信号的走线：高速信号、模拟信号、数字信号的隔离与处理。 接地与电源分配：如何设计低阻抗的接地和电源网络，以减少耦合和噪声。 屏蔽与滤波：对敏感电路进行物理屏蔽和集成滤波。 结论 本书的目标是为读者提供一个全面而深入的光电产品电路设计知识框架。通过对基础理论、关键器件、核心电路设计、系统集成以及设计工具的系统阐述，我们希望能够帮助读者理解光电产品背后的技术原理，掌握解决实际工程问题的能力，并激发他们在光电技术领域进行创新与探索。光电技术是未来科技发展的重要驱动力之一，对这一领域的深入掌握，将为您的职业生涯带来无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计给我留下了深刻的第一印象。封面采用了一种非常沉稳的蓝色调，配以银色的书名和作者姓名，整体感觉专业且有质感。翻开书页，纸张的厚度适中，触感光滑，印刷清晰，字迹工整，这对于一本技术类书籍来说非常重要，能够保证长时间阅读的舒适度，也能有效避免因纸张质量差而引起的视觉疲劳。装订也非常牢固，即使经常翻阅，也不必担心出现散页的情况。在内容方面，书中大量的图表和电路示意图都得到了高质量的呈现，线条流畅，标注清晰，色彩运用得当，有助于读者快速理解复杂的电路结构和信号流向。整体来说，这本书在硬件制作和细节处理上都体现了一种精益求精的态度，让人感受到作者在图书出版上的用心。这种扎实的物理形态，在如今电子书盛行的时代，显得尤为珍贵，为学习者提供了一种更沉浸式的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我对于模拟信号处理在现代光电系统中的地位有了更深刻的认识。这本书的描述让我了解到，即使在数字化浪潮席卷的今天，高质量的模拟前端电路依然是整个系统的基石。例如，在光电探测器的信号读取环节，文中详细阐述了跨阻抗放大器（TIA）的设计原理，包括其带宽限制、噪声来源以及如何通过选择合适的运放和反馈电阻来优化性能。作者还深入探讨了如何处理来自光电二极管的微弱电流信号，将其放大到足够高的电压幅度，以便后续的模数转换。书中关于滤波器的部分，不仅仅是简单的低通、高通，更是涉及了更复杂的有源滤波器设计，如Sallen-Key拓扑，以及它们在抑制噪声和提高信噪比方面的作用。读完这部分内容，我才真正理解到，一个看似简单的光电接收模块，其背后的模拟电路设计是多么的精妙和复杂，它直接决定了系统的最终表现。

评分☆☆☆☆☆

这本书在逻辑清晰度和知识体系构建方面做得非常出色，为我打开了理解光电产品电路设计的新维度。作者没有急于给出具体的电路方案，而是循序渐进地引导读者建立起扎实的理论基础。开篇部分对于光电效应的原理性介绍，以及不同类型光电器件（如光电二极管、光电晶体管、光敏电阻等）的特性分析，为后续的电路设计奠定了坚实的基础。紧接着，书中对放大电路的设计进行了详尽的阐述，从最基本的单管放大器到多级放大器，再到运算放大器的应用，都给出了清晰的公式推导和原理说明。我尤其赞赏的是，作者在讲解放大器时，没有回避实际工程中会遇到的各种问题，比如频率响应、稳定性和失真等，并提供了相应的解决方案。此外，书中对于电源的设计和管理也给予了足够的重视，这对于保证光电电路的稳定工作至关重要。整体而言，这本书的知识结构严谨，逻辑链条完整，能够帮助读者建立起一个系统化的认知框架。

评分☆☆☆☆☆

从一名电子工程专业毕业生的角度来看，这本书在电路原理与实际应用之间的桥梁搭建上，做得尤为成功。它不仅仅是理论知识的堆砌，更是将抽象的电路原理与具体的电子产品设计紧密结合。我印象最深刻的是，书中关于光电耦合器的应用章节，详细讲解了其隔离原理，以及在不同电路中如何实现信号的无缝传输和安全隔离。作者通过分析具体的应用案例，比如电源模块中的反馈控制，或者工业自动化中的信号传输，生动地展示了光耦在提高系统可靠性和安全性方面的重要作用。此外，书中对LED驱动电路的设计也进行了深入的探讨，包括恒流驱动、PWM调光等技术，并提供了多种实用电路方案，这些都是在日常电子产品开发中非常常见的需求。阅读这本书，感觉像是跟随一位经验丰富的工程师进行实地考察，学习如何将理论知识转化为解决实际工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

我一直对微波电路的设计和分析抱有浓厚的兴趣，尤其是在射频前端的匹配网络设计和稳定性分析方面。这本书给我带来了全新的视角和启发。书中对于阻抗匹配的讲解，不仅仅局限于S参数的计算，而是深入到了Tchebycheff、Butterworth等不同类型滤波器的设计思路，以及它们在实际电路中的应用场景。作者用一种非常系统化的方式，从理论基础出发，逐步过渡到实际的设计流程，中间穿插了大量的工程实践案例，例如低噪声放大器（LNA）和功率放大器（PA）的设计要点，以及如何通过仿真软件进行验证。我特别欣赏书中关于噪声系数（NF）和三阶互调失真（IP3）的深入探讨，这些是衡量射频器件性能的关键指标，而书中对如何优化这些指标提供了详细的指导。此外，对于电路板的布局和走线规则，以及在高频应用中可能遇到的电磁兼容（EMC）问题，书中也有不少实用的建议，这对于将设计转化为实际产品至关重要。