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肖春华 编

图书标签:

• 光电产品
• 电路设计
• 电子技术
• 模拟电路
• 数字电路
• 电源设计
• PCB设计
• 信号完整性
• 电磁兼容
• 照明电路

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122240613

版次：1

商品编码：11736026

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-08-01

页数：172

正文语种：中文

内容简介

　　本书共分三篇，第一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。

作者简介

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。

目录

第一篇 光源技术基础
　任务一 学习光的辐射 1
任务目标 1
任务描述 1
知识链接 1
一、光的辐射本质 1
二、光度量及单位 3
三、热辐射光源和气体辐射光源 5
任务实施 5
任务检查与评价 6
【思考与练习】 6

　任务二 了解激光光源 7
任务目标 7
任务描述 7
一、任务内容 7
二、实施条件 7
三、安全提示 7
知识链接 7
一、激光的特性 7
二、激光的产生 7
三、激光器的种类 10
任务实施 11
任务检查与评价 11
【思考与练习】 12

第二篇 常用光电器件
　任务一 认识常用光电元件 13
任务目标 13
任务描述 13
一、任务内容 13
二、实施条件 13
三、安全提示 13
知识链接 13
一、可见光发光二极管 13
二、光电二极管 17
三、光电三极管 19
四、光电池 23
任务实施 28
任务检查与评价 28
【思考与练习】 29

　任务二 认识半导体激光器 30
任务目标 30
任务描述 30
一、任务内容 30
二、实施条件 30
三、安全提示 30
知识链接 30
一、半导体激光器概述 30
二、半导体激光器的工作原理 31
三、半导体激光器的特性 33
四、半导体激光器的应用 33
五、半导体激光器损坏原因和预防措施 34
任务实施 35
任务检查与评价 35
【思考与练习】 36

　任务三 认识常用光敏元件 37
任务目标 37
任务描述 37
一、任务内容 37
二、实施条件 37
三、安全提示 37
知识链接 37
一、光敏电阻 37
二、光敏电阻典型应用电路 39
三、光敏电阻的检测方法 40
任务实施 40
任务检查与评价 40
【思考与练习】 41

　任务四 认识常用无源光器件 42
任务目标 42
任务描述 42
一、任务内容 42
二、实施条件 42
三、安全提示 42
知识链接 42
一、光纤连接器 42
二、光衰减器 46
三、光隔离器 47
四、光耦合器 48
五、光开关 50
六、光波分复用器 50
任务实施 52
任务检查与评价 52
【思考与练习】 53

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 54
任务目标 54
任务描述 54
一、任务内容 54
二、实施条件 54
三、安全提示 54
知识链接 55
一、C51程序设计技术 55
二、C51的数据类型 56
三、C51的运算符与表达式 60
四、C51流程控制语句 63
五、C51的数组 65
六、指针 68
七、C51的函数 73
任务实施 77
任务检查与评价 79
【思考与练习】 80

　任务二 设计学生寝室用电管理系统 81
任务目标 81
任务描述 81
一、任务内容 81
二、实施条件 81
三、安全提示 81
知识链接 81
一、单片机应用系统开发概述 81
二、RF905射频技术 83
任务实施 93
任务检查与评价 115
【思考与练习】 116

　任务三 设计光伏发电太阳能路灯系统 117
任务目标 117
任务描述 117
一、任务内容 117
二、实施条件 117
三、安全提示 117
知识链接 117
一、模块化编程技术 117
二、太阳能电池板简介 123
三、太阳能蓄电池简介 126
四、太阳能路灯系统简介 128
任务实施 130
任务检查与评价 142
【思考与练习】 142

　任务四 设计室内LED节能控制系统 143
任务目标 143
任务描述 143
一、任务内容 143
二、实施条件 143
三、安全提示 144
知识链接 144
一、GPRS通信技术 144
二、485总线通信技术 157
任务实施 159
任务检查与评价 170
【思考与练习】 171

　参考文献 172

光电产品电路设计：一部深度剖析与实践的行业指南 《光电产品电路设计》并非一本浅尝辄止的入门读物，而是一部为光电领域工程师、研发人员以及有志于投身此行业的技术爱好者量身打造的深度技术专著。它凝聚了作者多年在一线光电产品研发实践中的宝贵经验与深刻洞见，旨在系统性地讲解光电产品电路设计的核心原理、关键技术、挑战与解决方案，带领读者从理论的殿堂走向精益求精的工程实践。 核心内容概览： 本书的结构严谨，逻辑清晰，循序渐进地引导读者深入理解光电产品电路设计的方方面面。我们将从基础概念出发，逐步深入到复杂的系统集成与优化，力求做到全面且深入。 第一部分：光电产品电路设计的基石 光电转换原理与器件详解： 这一章节将深入探讨光电转换的基本物理原理，包括光子与电子的相互作用，以及各类光电器件的工作机制。我们将重点介绍和分析： 光电二极管（Photodiodes）： 包括PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）的工作特性、响应速度、量子效率、暗电流等关键参数，以及不同应用场景下的选择考量。 光电晶体管（Phototransistors）： 分析其放大特性、开关特性，与光电二极管的性能对比，以及在低成本、中速响应应用中的优势。 光敏电阻（Photoresistors/LDRs）： 讲解其阻值随光照强度变化的规律，分析其响应时间和动态范围，以及在简单光控电路中的应用。 CCD（Charge-Coupled Device）与CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）图像传感器： 深入剖析其像素结构、电荷传输机制、读出电路、噪声来源及抑制方法，对比两种主流成像技术的优劣，为图像采集电路的设计奠定基础。 激光二极管（Laser Diodes）与LED（Light-Emitting Diodes）： 讲解其发光原理、光谱特性、驱动电路设计要点，包括恒流驱动、温控补偿、脉冲驱动等，以及它们在通信、照明、传感等领域的应用。 其他特种光电器件： 如光电耦合器（Optocouplers）在隔离与信号传输中的应用，以及光电探测器阵列等。 模拟信号处理电路： 光电器件输出的往往是微弱的模拟信号，对其进行有效处理是电路设计的关键。本章将重点阐述： 跨阻放大器（Transimpedance Amplifiers - TIAs）： 详细分析TIAs的设计原理，包括带宽、增益、噪声系数、稳定性的影响因素，并提供多种TIAs电路拓扑的优劣对比与设计指南。 跨压放大器（Transconductance Amplifiers - TCAs）： 讲解TCAs在光电探测中的应用，以及与TIAs在不同信号处理场景下的适用性。 低噪声放大器（Low-Noise Amplifiers - LNAs）： 深入研究提高信号信噪比（SNR）的关键技术，包括器件选择、电路布局、电源去耦等，以及如何抑制外部噪声干扰。 滤波器设计： 介绍低通、高通、带通、带阻等滤波器的设计理论与实践，重点讲解如何根据光电信号的特性和应用需求，设计出满足性能指标的模拟滤波器。 电荷放大器（Charge Amplifiers）： 分析其在处理电荷输出型光电器件（如某些类型的雪崩光电二极管）时的作用与设计要点。 数字信号处理与控制电路： 随着技术发展，越来越多的光电产品集成数字处理能力，以实现更高级的功能。本章将涵盖： 模数转换器（ADCs）： 深入探讨不同类型的ADC（如逐次逼近型、Σ-Δ型、流水线型）的工作原理、性能参数（分辨率、采样率、功耗），以及在光电信号数字化中的选择与应用。 数模转换器（DACs）： 讲解DACs的原理、类型及其在将数字控制信号转化为模拟输出（如LED亮度控制）中的应用。 微控制器（MCUs）与FPGA（Field-Programmable Gate Array）： 介绍其在光电产品中的作用，包括数据采集、信号处理、逻辑控制、通信接口等，并讲解如何根据产品需求选择合适的MCU/FPGA。 数字滤波器设计（DSP）： 介绍数字信号处理的基本算法，如FFT（快速傅里叶变换），以及在信号滤波、特征提取等方面的应用。 串行与并行接口： 讲解I2C, SPI, UART, USB, Ethernet等常用通信接口在光电产品中的应用，以及数据传输的协议与设计考量。 第二部分：光电产品核心模块电路设计 电源管理与低功耗设计： 几乎所有光电产品都需要高效的电源管理，尤其是在电池供电设备中。本章将深入探讨： 线性稳压器（LDOs）与开关稳压器（Switching Regulators）： 详细分析其工作原理、效率、纹波、瞬态响应等特性，并提供选择与设计指南。 DC-DC转换器： 升压、降压、升降压拓扑的设计与优化，讲解效率提升技术，如同步整流、软开关等。 电池充电与管理： 介绍锂电池、镍氢电池等充电管理电路的设计，包括恒流、恒压充电策略，过充、过放保护。 低功耗设计技术： 包括休眠模式、动态电压频率调整（DVFS）、功耗监控与优化等，为延长设备续航时间提供实用的方法。 电源噪声抑制： 详细讲解电源噪声对模拟信号的影响，以及滤波、屏蔽、接地等降噪技术。 光信号产生与调制电路： 这一章节将聚焦于如何精确控制光信号的产生和输出。 LED驱动电路： 恒流驱动的精度控制、PWM调光技术、多通道LED驱动设计，以及LED的寿命与散热考量。 激光器驱动与控制： 激光二极管的精确恒流驱动、温度控制（TEC）、调制（AM, FM, Pulse），以及光功率反馈与稳定控制。 光信号调制技术： 讲解直接调制与外部调制技术，包括电光调制、声光调制等，以及相关的驱动电路设计。 光信号探测与处理电路： 结合第一部分的器件与模拟信号处理，本章将深入特定光电应用场景的探测电路设计。 光功率计电路设计： 针对不同波段和功率范围的光功率计，分析其探测器选择、跨阻放大器设计、量程切换、校准方法。 光通信接收端电路： 讲解高灵敏度、宽带宽的TIA设计，限幅放大器（LA）的设计，以及后端的信号整形与判决电路。 图像传感器读出电路与信号链： 针对CCD/CMOS传感器，详细讲解像素信号的读取、采样、放大、ADC转换等整个信号链的设计与优化，包括读出噪声的分析与抑制。 距离测量与传感器信号处理： 如ToF（Time-of-Flight）传感器、光电编码器等，分析其信号采集、时序控制、数据处理的电路设计。 光学与电子的协同设计： 光电产品不仅仅是电子电路的堆砌，光学设计与电子电路设计往往需要紧密配合。 光学元件与电子接口匹配： 如透镜、滤光片、光纤等与光电器件的耦合效率、对准问题，以及如何设计接口电路以补偿光学损耗。 光路设计与电磁兼容（EMC）： 光路布局对电磁干扰的影响，以及如何通过电路和布局设计来降低EMC问题。 热管理对光学与电子的影响： 温度变化对光电器件性能、电路稳定性的影响，以及散热设计的重要性。 第三部分：高级主题与工程实践 电磁兼容性（EMC）与信号完整性（SI）： 任何电子产品都无法回避EMC和SI问题，在光电产品中尤为重要。 EMC设计原则： 屏蔽、滤波、接地、布局布线规范，以及EMC测试与整改。 SI分析与优化： 信号损耗、串扰、反射、时序抖动等问题，以及高速信号PCB设计技巧。 差分信号设计： 在高噪声环境下提高信号质量的关键技术。 PCB布局布线与元器件选型： 精细的PCB设计是电路性能的保证。 模拟与数字区域划分： 如何避免数字信号对模拟信号的干扰。 关键信号走线： 高速信号、低噪声信号、高功率信号的特殊布线要求。 电源与地平面设计： 降低阻抗、提高稳定性。 元器件选型原则： 噪声特性、带宽、功耗、温度特性、可靠性等考量。 可靠性与环境适应性设计： 光电产品往往需要工作在各种严苛的环境下。 应力分析： 温度、湿度、振动、冲击对电路和器件的影响。 防护措施： 灌封、涂层、密封等。 元器件的可靠性等级： 工业级、汽车级、军用级等。 系统级集成与测试： 从单元电路到完整系统的过渡。 模块间接口设计： 阻抗匹配、信号电平、时序同步。 系统联调与调试： 综合利用示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪等仪器。 测试方法与标准： 功能测试、性能测试、环境测试。 案例研究与前沿展望： 通过分析实际的光电产品设计案例，将理论知识与实践经验相结合。同时，对光电技术未来的发展趋势，如量子点、先进光纤技术、生物光子学等在电路设计中的应用前景进行探讨。 本书特色： 深度与广度并存： 既有扎实的理论基础，又不乏实际工程中的细节指导。 实践导向： 强调原理在实际应用中的转化，提供大量实际电路图、设计要点和注意事项。 前沿技术： 关注行业最新动态，介绍当前及未来可能流行的技术趋势。 系统性： 将光电器件、模拟电路、数字电路、电源、EMC等相互关联的知识点融会贯通，形成一个完整的知识体系。 问题导向： 针对光电产品设计中常见的难点、痛点，提供切实可行的解决方案。 《光电产品电路设计》不仅是一本技术手册，更是一位经验丰富的导师，它将陪伴您从理解光电世界的奥秘，到驾驭复杂的光电系统设计，最终实现高性能、高可靠性的光电产品。无论您是初涉此领域的研究生，还是身经百战的资深工程师，都能从中获得宝贵的知识与启发。

评分☆☆☆☆☆

收到这本《光电产品电路设计》的时候，我的第一反应是“终于等到你！”。我所在的行业正处在一个快速迭代的时期，特别是围绕着各种智能终端和物联网设备的兴起，对小型化、低功耗、高集成度的光电传感和显示模块的需求越来越迫切。我特别想从这本书里找到一些关于这些新兴应用的具体电路设计思路。比如，如何设计出能够精确测量环境光、距离、甚至色彩的微型传感器电路，同时还要考虑功耗控制，让电池续航能力得到最大化。在显示方面，我非常好奇书中会如何讲解不同类型显示屏（如LCD、OLED、Micro-LED）的驱动电路设计，特别是涉及到高刷新率、广色域和局部调光等先进功能的实现。有没有可能书中会提供一些关于如何优化背光驱动电路，以达到最佳亮度均匀性和功耗平衡的方案？另外，我对那些与图像处理相关的电路设计也很感兴趣，例如ISP（Image Signal Processor）中的一些关键模拟前端设计，如何处理来自CMOS或CCD传感器的原始信号，并进行降噪、色彩校正、白平衡等处理。如果书中能详细讲解这些，那我真的会觉得物超所值。

评分☆☆☆☆☆

说实话，拿到这本书，我最想找到的，是它在“低功耗”和“高可靠性”这两个方面给出的具体指导。在很多嵌入式光电产品中，比如可穿戴设备、医疗监测器、工业传感器等，电池寿命和在极端环境下的稳定性至关重要。这本书会不会详细讲解如何通过优化电路拓扑、选择合适的器件、甚至是巧妙的软件算法来实现超低功耗的设计？比如，在待机模式下如何将功耗降到微安级别，在工作模式下又如何平衡性能和功耗？而在可靠性方面，这本书会不会触及到一些关于抗干扰设计、静电防护（ESD）、以及在高温、低温、高湿等恶劣环境下电路失效的分析和对策？我特别希望能看到一些关于如何设计具有良好电磁兼容性（EMC）的光电电路的案例，减少外部电磁干扰对光电信号的影响，同时自身也不会产生过多的电磁辐射。如果书中能提供一些关于电源管理IC（PMIC）在光电应用中的具体选型和设计方法，以及如何利用分立元件构建高效的电源转换和滤波电路，那将对我非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

我一直对光电集成和封装技术带来的挑战和机遇感到好奇。这本书会不会详细介绍如何将光电器件与电子电路进行高效的集成？比如，在单芯片或多芯片模块（MCM）中，如何设计光学路径和电学路径，以最小化信号损耗和串扰？我特别关注书中会不会讲解一些关于微光学元件（如微透镜、衍射光栅）与光电器件（如光电二极管、激光器）在封装层面的协同设计，以及如何利用先进的封装技术（如扇出封装、硅通孔TSV）来实现更高密度、更高性能的光电器件集成。另外，对于光电产品的可靠性，封装是至关重要的环节。我希望书中能讨论一些关于封装材料的选择、封装工艺对光电器件性能的影响，以及如何设计能够应对长期工作条件下环境变化的封装结构。如果书中能提供一些关于先进封装技术在光通信、生物传感、或者无人驾驶感知系统等领域的应用实例，并深入分析其电路设计上的考量，那将极大地拓展我的视野。

评分☆☆☆☆☆

我一直对光电耦合技术在隔离和信号传输中的应用非常感兴趣。这本书会不会深入探讨各种光电耦合器（Optocoupler）的选型原则，包括它们在不同应用场景下的带宽、隔离电压、传输延迟以及耦合效率的差异？更进一步，我希望它能解释如何设计高效的驱动电路来控制光电耦合器的LED端，以及如何设计合适的输出电路来接收和放大光电探测器的信号，特别是在需要高共模抑制比（CMR）的场合。这本书会不会还涉及到一些更复杂的隔离技术，比如数字隔离器，以及它们在高速数据传输和电源隔离中的优势和设计考量？我特别想知道，在设计高压隔离电路时，有哪些关键的设计要素需要注意，如何确保电路的安全性，避免击穿和短路。如果书中能提供一些关于多通道光电隔离器在复杂系统中的应用案例，例如在工业自动化控制、电力电子设备等领域的实际电路设计，那对我理解隔离技术的实际应用将大有裨益。

评分☆☆☆☆☆

这本书，我断断续续地看了好几个月，总算啃下来了。老实说，一开始抱着很大期望，因为“光电产品”这个方向本身就充满了科技感和神秘感，总觉得里头藏着不少能让人脑洞大开的秘密。我特别感兴趣的是它会不会深入到光电器件的物理原理，比如光子的激发、载流子的传输，以及不同材料在光电转换过程中的微观机制。毕竟，只有理解了最底层的原理，才能真正地“设计”出高性能、高效率的电路，而不是仅仅停留在搭积木的层面。我特别期待书中能有一些关于新型光电器件的介绍，例如量子点、钙钛矿太阳能电池，或是更先进的有机发光二极管（OLED）等，并分析它们在电路设计上带来的挑战和机遇。另外，如果书中还能涉及一些前沿的光通信技术，比如光纤通信中的激光器驱动电路、光电探测器接口电路，甚至是一些高速光信号处理的模拟和数字电路设计，那将是锦上添花了。我希望它能提供一些关于如何在高频、低噪声环境下实现精确信号传输和处理的独特见解，甚至能触及一些光子集成电路（PIC）的初步概念。总的来说，我期待的是一本能让我从“为什么”和“怎么做”这两个层面都获得深刻理解的书，不仅仅是学习现成的设计方案，更是培养一种解决复杂光电问题的思维方式。