光電産品電路設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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肖春華 編

圖書標籤:

• 光電産品
• 電路設計
• 電子技術
• 模擬電路
• 數字電路
• 電源設計
• PCB設計
• 信號完整性
• 電磁兼容
• 照明電路

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122240613

版次：1

商品編碼：11736026

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-08-01

頁數：172

正文語種：中文

內容簡介

　　本書共分三篇，第一篇介紹光的輻射本質及其單位、熱輻射光源和氣體放電光源以及激光相關特性；第二篇講述常用光電原件、半導體激光器、常用光敏元件以及常用無源光器件。第三篇主要圍繞光電産品應用控製係統領域進行任務設計，使用目前主流的單片機作為控製係統的核心，以C51編程技術進行軟件開發，圍繞射頻通信技術、485總綫通信技術、GSM通信技術、PWM進行LED燈具調光技術、液晶顯示技術等通訊領域常用技術進行係統開發，內容來源於實際産品的設計製作，無論是器件的選型，還是電路的設計以及程序的編寫都反映瞭工程上的實際需求，融入瞭現代企業的新技術、新工藝、新的管理模式。
　　本書適閤於高職高專院校光、電類相關專業的實踐教學，也可作為課程設計、畢業設計和單片機接口技術課程的輔導教材。

作者簡介

肖春華，武漢軟件工程職業學院，講師，主修專業為電力電子與電力傳動，2007年至2008年工作於武漢華中數控股份有限公司，從事電子技術開發工作，2009年調入到武漢軟件工程職業學院通信技術教研室工作，主講《單片機技術》、《電子技術》、《單片機C語言程序設計》、《EDA技術》等課程。

目錄

第一篇 光源技術基礎
　任務一 學習光的輻射 1
任務目標 1
任務描述 1
知識鏈接 1
一、光的輻射本質 1
二、光度量及單位 3
三、熱輻射光源和氣體輻射光源 5
任務實施 5
任務檢查與評價 6
【思考與練習】 6

　任務二 瞭解激光光源 7
任務目標 7
任務描述 7
一、任務內容 7
二、實施條件 7
三、安全提示 7
知識鏈接 7
一、激光的特性 7
二、激光的産生 7
三、激光器的種類 10
任務實施 11
任務檢查與評價 11
【思考與練習】 12

第二篇 常用光電器件
　任務一 認識常用光電元件 13
任務目標 13
任務描述 13
一、任務內容 13
二、實施條件 13
三、安全提示 13
知識鏈接 13
一、可見光發光二極管 13
二、光電二極管 17
三、光電三極管 19
四、光電池 23
任務實施 28
任務檢查與評價 28
【思考與練習】 29

　任務二 認識半導體激光器 30
任務目標 30
任務描述 30
一、任務內容 30
二、實施條件 30
三、安全提示 30
知識鏈接 30
一、半導體激光器概述 30
二、半導體激光器的工作原理 31
三、半導體激光器的特性 33
四、半導體激光器的應用 33
五、半導體激光器損壞原因和預防措施 34
任務實施 35
任務檢查與評價 35
【思考與練習】 36

　任務三 認識常用光敏元件 37
任務目標 37
任務描述 37
一、任務內容 37
二、實施條件 37
三、安全提示 37
知識鏈接 37
一、光敏電阻 37
二、光敏電阻典型應用電路 39
三、光敏電阻的檢測方法 40
任務實施 40
任務檢查與評價 40
【思考與練習】 41

　任務四 認識常用無源光器件 42
任務目標 42
任務描述 42
一、任務內容 42
二、實施條件 42
三、安全提示 42
知識鏈接 42
一、光縴連接器 42
二、光衰減器 46
三、光隔離器 47
四、光耦閤器 48
五、光開關 50
六、光波分復用器 50
任務實施 52
任務檢查與評價 52
【思考與練習】 53

第三篇 光電産品應用設計
　任務一 使用C51編程控製LED發光二極管 54
任務目標 54
任務描述 54
一、任務內容 54
二、實施條件 54
三、安全提示 54
知識鏈接 55
一、C51程序設計技術 55
二、C51的數據類型 56
三、C51的運算符與錶達式 60
四、C51流程控製語句 63
五、C51的數組 65
六、指針 68
七、C51的函數 73
任務實施 77
任務檢查與評價 79
【思考與練習】 80

　任務二 設計學生寢室用電管理係統 81
任務目標 81
任務描述 81
一、任務內容 81
二、實施條件 81
三、安全提示 81
知識鏈接 81
一、單片機應用係統開發概述 81
二、RF905射頻技術 83
任務實施 93
任務檢查與評價 115
【思考與練習】 116

　任務三 設計光伏發電太陽能路燈係統 117
任務目標 117
任務描述 117
一、任務內容 117
二、實施條件 117
三、安全提示 117
知識鏈接 117
一、模塊化編程技術 117
二、太陽能電池闆簡介 123
三、太陽能蓄電池簡介 126
四、太陽能路燈係統簡介 128
任務實施 130
任務檢查與評價 142
【思考與練習】 142

　任務四 設計室內LED節能控製係統 143
任務目標 143
任務描述 143
一、任務內容 143
二、實施條件 143
三、安全提示 144
知識鏈接 144
一、GPRS通信技術 144
二、485總綫通信技術 157
任務實施 159
任務檢查與評價 170
【思考與練習】 171

　參考文獻 172

光電産品電路設計：一部深度剖析與實踐的行業指南 《光電産品電路設計》並非一本淺嘗輒止的入門讀物，而是一部為光電領域工程師、研發人員以及有誌於投身此行業的技術愛好者量身打造的深度技術專著。它凝聚瞭作者多年在一綫光電産品研發實踐中的寶貴經驗與深刻洞見，旨在係統性地講解光電産品電路設計的核心原理、關鍵技術、挑戰與解決方案，帶領讀者從理論的殿堂走嚮精益求精的工程實踐。 核心內容概覽： 本書的結構嚴謹，邏輯清晰，循序漸進地引導讀者深入理解光電産品電路設計的方方麵麵。我們將從基礎概念齣發，逐步深入到復雜的係統集成與優化，力求做到全麵且深入。 第一部分：光電産品電路設計的基石 光電轉換原理與器件詳解： 這一章節將深入探討光電轉換的基本物理原理，包括光子與電子的相互作用，以及各類光電器件的工作機製。我們將重點介紹和分析： 光電二極管（Photodiodes）： 包括PIN光電二極管、雪崩光電二極管（APD）的工作特性、響應速度、量子效率、暗電流等關鍵參數，以及不同應用場景下的選擇考量。 光電晶體管（Phototransistors）： 分析其放大特性、開關特性，與光電二極管的性能對比，以及在低成本、中速響應應用中的優勢。 光敏電阻（Photoresistors/LDRs）： 講解其阻值隨光照強度變化的規律，分析其響應時間和動態範圍，以及在簡單光控電路中的應用。 CCD（Charge-Coupled Device）與CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）圖像傳感器： 深入剖析其像素結構、電荷傳輸機製、讀齣電路、噪聲來源及抑製方法，對比兩種主流成像技術的優劣，為圖像采集電路的設計奠定基礎。 激光二極管（Laser Diodes）與LED（Light-Emitting Diodes）： 講解其發光原理、光譜特性、驅動電路設計要點，包括恒流驅動、溫控補償、脈衝驅動等，以及它們在通信、照明、傳感等領域的應用。 其他特種光電器件： 如光電耦閤器（Optocouplers）在隔離與信號傳輸中的應用，以及光電探測器陣列等。 模擬信號處理電路： 光電器件輸齣的往往是微弱的模擬信號，對其進行有效處理是電路設計的關鍵。本章將重點闡述： 跨阻放大器（Transimpedance Amplifiers - TIAs）： 詳細分析TIAs的設計原理，包括帶寬、增益、噪聲係數、穩定性的影響因素，並提供多種TIAs電路拓撲的優劣對比與設計指南。 跨壓放大器（Transconductance Amplifiers - TCAs）： 講解TCAs在光電探測中的應用，以及與TIAs在不同信號處理場景下的適用性。 低噪聲放大器（Low-Noise Amplifiers - LNAs）： 深入研究提高信號信噪比（SNR）的關鍵技術，包括器件選擇、電路布局、電源去耦等，以及如何抑製外部噪聲乾擾。 濾波器設計： 介紹低通、高通、帶通、帶阻等濾波器的設計理論與實踐，重點講解如何根據光電信號的特性和應用需求，設計齣滿足性能指標的模擬濾波器。 電荷放大器（Charge Amplifiers）： 分析其在處理電荷輸齣型光電器件（如某些類型的雪崩光電二極管）時的作用與設計要點。 數字信號處理與控製電路： 隨著技術發展，越來越多的光電産品集成數字處理能力，以實現更高級的功能。本章將涵蓋： 模數轉換器（ADCs）： 深入探討不同類型的ADC（如逐次逼近型、Σ-Δ型、流水綫型）的工作原理、性能參數（分辨率、采樣率、功耗），以及在光電信號數字化中的選擇與應用。 數模轉換器（DACs）： 講解DACs的原理、類型及其在將數字控製信號轉化為模擬輸齣（如LED亮度控製）中的應用。 微控製器（MCUs）與FPGA（Field-Programmable Gate Array）： 介紹其在光電産品中的作用，包括數據采集、信號處理、邏輯控製、通信接口等，並講解如何根據産品需求選擇閤適的MCU/FPGA。 數字濾波器設計（DSP）： 介紹數字信號處理的基本算法，如FFT（快速傅裏葉變換），以及在信號濾波、特徵提取等方麵的應用。 串行與並行接口： 講解I2C, SPI, UART, USB, Ethernet等常用通信接口在光電産品中的應用，以及數據傳輸的協議與設計考量。 第二部分：光電産品核心模塊電路設計 電源管理與低功耗設計： 幾乎所有光電産品都需要高效的電源管理，尤其是在電池供電設備中。本章將深入探討： 綫性穩壓器（LDOs）與開關穩壓器（Switching Regulators）： 詳細分析其工作原理、效率、紋波、瞬態響應等特性，並提供選擇與設計指南。 DC-DC轉換器： 升壓、降壓、升降壓拓撲的設計與優化，講解效率提升技術，如同步整流、軟開關等。 電池充電與管理： 介紹鋰電池、鎳氫電池等充電管理電路的設計，包括恒流、恒壓充電策略，過充、過放保護。 低功耗設計技術： 包括休眠模式、動態電壓頻率調整（DVFS）、功耗監控與優化等，為延長設備續航時間提供實用的方法。 電源噪聲抑製： 詳細講解電源噪聲對模擬信號的影響，以及濾波、屏蔽、接地等降噪技術。 光信號産生與調製電路： 這一章節將聚焦於如何精確控製光信號的産生和輸齣。 LED驅動電路： 恒流驅動的精度控製、PWM調光技術、多通道LED驅動設計，以及LED的壽命與散熱考量。 激光器驅動與控製： 激光二極管的精確恒流驅動、溫度控製（TEC）、調製（AM, FM, Pulse），以及光功率反饋與穩定控製。 光信號調製技術： 講解直接調製與外部調製技術，包括電光調製、聲光調製等，以及相關的驅動電路設計。 光信號探測與處理電路： 結閤第一部分的器件與模擬信號處理，本章將深入特定光電應用場景的探測電路設計。 光功率計電路設計： 針對不同波段和功率範圍的光功率計，分析其探測器選擇、跨阻放大器設計、量程切換、校準方法。 光通信接收端電路： 講解高靈敏度、寬帶寬的TIA設計，限幅放大器（LA）的設計，以及後端的信號整形與判決電路。 圖像傳感器讀齣電路與信號鏈： 針對CCD/CMOS傳感器，詳細講解像素信號的讀取、采樣、放大、ADC轉換等整個信號鏈的設計與優化，包括讀齣噪聲的分析與抑製。 距離測量與傳感器信號處理： 如ToF（Time-of-Flight）傳感器、光電編碼器等，分析其信號采集、時序控製、數據處理的電路設計。 光學與電子的協同設計： 光電産品不僅僅是電子電路的堆砌，光學設計與電子電路設計往往需要緊密配閤。 光學元件與電子接口匹配： 如透鏡、濾光片、光縴等與光電器件的耦閤效率、對準問題，以及如何設計接口電路以補償光學損耗。 光路設計與電磁兼容（EMC）： 光路布局對電磁乾擾的影響，以及如何通過電路和布局設計來降低EMC問題。 熱管理對光學與電子的影響： 溫度變化對光電器件性能、電路穩定性的影響，以及散熱設計的重要性。 第三部分：高級主題與工程實踐 電磁兼容性（EMC）與信號完整性（SI）： 任何電子産品都無法迴避EMC和SI問題，在光電産品中尤為重要。 EMC設計原則： 屏蔽、濾波、接地、布局布綫規範，以及EMC測試與整改。 SI分析與優化： 信號損耗、串擾、反射、時序抖動等問題，以及高速信號PCB設計技巧。 差分信號設計： 在高噪聲環境下提高信號質量的關鍵技術。 PCB布局布綫與元器件選型： 精細的PCB設計是電路性能的保證。 模擬與數字區域劃分： 如何避免數字信號對模擬信號的乾擾。 關鍵信號走綫： 高速信號、低噪聲信號、高功率信號的特殊布綫要求。 電源與地平麵設計： 降低阻抗、提高穩定性。 元器件選型原則： 噪聲特性、帶寬、功耗、溫度特性、可靠性等考量。 可靠性與環境適應性設計： 光電産品往往需要工作在各種嚴苛的環境下。 應力分析： 溫度、濕度、振動、衝擊對電路和器件的影響。 防護措施： 灌封、塗層、密封等。 元器件的可靠性等級： 工業級、汽車級、軍用級等。 係統級集成與測試： 從單元電路到完整係統的過渡。 模塊間接口設計： 阻抗匹配、信號電平、時序同步。 係統聯調與調試： 綜閤利用示波器、邏輯分析儀、頻譜分析儀等儀器。 測試方法與標準： 功能測試、性能測試、環境測試。 案例研究與前沿展望： 通過分析實際的光電産品設計案例，將理論知識與實踐經驗相結閤。同時，對光電技術未來的發展趨勢，如量子點、先進光縴技術、生物光子學等在電路設計中的應用前景進行探討。 本書特色： 深度與廣度並存： 既有紮實的理論基礎，又不乏實際工程中的細節指導。 實踐導嚮： 強調原理在實際應用中的轉化，提供大量實際電路圖、設計要點和注意事項。 前沿技術： 關注行業最新動態，介紹當前及未來可能流行的技術趨勢。 係統性： 將光電器件、模擬電路、數字電路、電源、EMC等相互關聯的知識點融會貫通，形成一個完整的知識體係。 問題導嚮： 針對光電産品設計中常見的難點、痛點，提供切實可行的解決方案。 《光電産品電路設計》不僅是一本技術手冊，更是一位經驗豐富的導師，它將陪伴您從理解光電世界的奧秘，到駕馭復雜的光電係統設計，最終實現高性能、高可靠性的光電産品。無論您是初涉此領域的研究生，還是身經百戰的資深工程師，都能從中獲得寶貴的知識與啓發。

評分☆☆☆☆☆

這本書，我斷斷續續地看瞭好幾個月，總算啃下來瞭。老實說，一開始抱著很大期望，因為“光電産品”這個方嚮本身就充滿瞭科技感和神秘感，總覺得裏頭藏著不少能讓人腦洞大開的秘密。我特彆感興趣的是它會不會深入到光電器件的物理原理，比如光子的激發、載流子的傳輸，以及不同材料在光電轉換過程中的微觀機製。畢竟，隻有理解瞭最底層的原理，纔能真正地“設計”齣高性能、高效率的電路，而不是僅僅停留在搭積木的層麵。我特彆期待書中能有一些關於新型光電器件的介紹，例如量子點、鈣鈦礦太陽能電池，或是更先進的有機發光二極管（OLED）等，並分析它們在電路設計上帶來的挑戰和機遇。另外，如果書中還能涉及一些前沿的光通信技術，比如光縴通信中的激光器驅動電路、光電探測器接口電路，甚至是一些高速光信號處理的模擬和數字電路設計，那將是錦上添花瞭。我希望它能提供一些關於如何在高頻、低噪聲環境下實現精確信號傳輸和處理的獨特見解，甚至能觸及一些光子集成電路（PIC）的初步概念。總的來說，我期待的是一本能讓我從“為什麼”和“怎麼做”這兩個層麵都獲得深刻理解的書，不僅僅是學習現成的設計方案，更是培養一種解決復雜光電問題的思維方式。

評分☆☆☆☆☆

我一直對光電耦閤技術在隔離和信號傳輸中的應用非常感興趣。這本書會不會深入探討各種光電耦閤器（Optocoupler）的選型原則，包括它們在不同應用場景下的帶寬、隔離電壓、傳輸延遲以及耦閤效率的差異？更進一步，我希望它能解釋如何設計高效的驅動電路來控製光電耦閤器的LED端，以及如何設計閤適的輸齣電路來接收和放大光電探測器的信號，特彆是在需要高共模抑製比（CMR）的場閤。這本書會不會還涉及到一些更復雜的隔離技術，比如數字隔離器，以及它們在高速數據傳輸和電源隔離中的優勢和設計考量？我特彆想知道，在設計高壓隔離電路時，有哪些關鍵的設計要素需要注意，如何確保電路的安全性，避免擊穿和短路。如果書中能提供一些關於多通道光電隔離器在復雜係統中的應用案例，例如在工業自動化控製、電力電子設備等領域的實際電路設計，那對我理解隔離技術的實際應用將大有裨益。

評分☆☆☆☆☆

收到這本《光電産品電路設計》的時候，我的第一反應是“終於等到你！”。我所在的行業正處在一個快速迭代的時期，特彆是圍繞著各種智能終端和物聯網設備的興起，對小型化、低功耗、高集成度的光電傳感和顯示模塊的需求越來越迫切。我特彆想從這本書裏找到一些關於這些新興應用的具體電路設計思路。比如，如何設計齣能夠精確測量環境光、距離、甚至色彩的微型傳感器電路，同時還要考慮功耗控製，讓電池續航能力得到最大化。在顯示方麵，我非常好奇書中會如何講解不同類型顯示屏（如LCD、OLED、Micro-LED）的驅動電路設計，特彆是涉及到高刷新率、廣色域和局部調光等先進功能的實現。有沒有可能書中會提供一些關於如何優化背光驅動電路，以達到最佳亮度均勻性和功耗平衡的方案？另外，我對那些與圖像處理相關的電路設計也很感興趣，例如ISP（Image Signal Processor）中的一些關鍵模擬前端設計，如何處理來自CMOS或CCD傳感器的原始信號，並進行降噪、色彩校正、白平衡等處理。如果書中能詳細講解這些，那我真的會覺得物超所值。

評分☆☆☆☆☆

說實話，拿到這本書，我最想找到的，是它在“低功耗”和“高可靠性”這兩個方麵給齣的具體指導。在很多嵌入式光電産品中，比如可穿戴設備、醫療監測器、工業傳感器等，電池壽命和在極端環境下的穩定性至關重要。這本書會不會詳細講解如何通過優化電路拓撲、選擇閤適的器件、甚至是巧妙的軟件算法來實現超低功耗的設計？比如，在待機模式下如何將功耗降到微安級彆，在工作模式下又如何平衡性能和功耗？而在可靠性方麵，這本書會不會觸及到一些關於抗乾擾設計、靜電防護（ESD）、以及在高溫、低溫、高濕等惡劣環境下電路失效的分析和對策？我特彆希望能看到一些關於如何設計具有良好電磁兼容性（EMC）的光電電路的案例，減少外部電磁乾擾對光電信號的影響，同時自身也不會産生過多的電磁輻射。如果書中能提供一些關於電源管理IC（PMIC）在光電應用中的具體選型和設計方法，以及如何利用分立元件構建高效的電源轉換和濾波電路，那將對我非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

我一直對光電集成和封裝技術帶來的挑戰和機遇感到好奇。這本書會不會詳細介紹如何將光電器件與電子電路進行高效的集成？比如，在單芯片或多芯片模塊（MCM）中，如何設計光學路徑和電學路徑，以最小化信號損耗和串擾？我特彆關注書中會不會講解一些關於微光學元件（如微透鏡、衍射光柵）與光電器件（如光電二極管、激光器）在封裝層麵的協同設計，以及如何利用先進的封裝技術（如扇齣封裝、矽通孔TSV）來實現更高密度、更高性能的光電器件集成。另外，對於光電産品的可靠性，封裝是至關重要的環節。我希望書中能討論一些關於封裝材料的選擇、封裝工藝對光電器件性能的影響，以及如何設計能夠應對長期工作條件下環境變化的封裝結構。如果書中能提供一些關於先進封裝技術在光通信、生物傳感、或者無人駕駛感知係統等領域的應用實例，並深入分析其電路設計上的考量，那將極大地拓展我的視野。