2025年注冊(cè)電氣工程師考試電氣工程光電技術(shù)試題(含答案)一、單項(xiàng)選擇題（共15題，每題2分，共30分）1.基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電器件是（）。A.光電倍增管B.光敏電阻C.紅外探測(cè)器（熱電型）D.光電管2.某硅基PIN光電二極管的量子效率為80%，入射光波長(zhǎng)為1550nm，光功率為-20dBm（即0.01mW），則其短路電流約為（）。（已知普朗克常數(shù)h=6.626×10?3?J·s，光速c=3×10?m/s，電子電荷量e=1.6×10?1?C）A.6.4μAB.8.2μAC.10.5μAD.12.8μA3.光纖通信中，零色散波長(zhǎng)指的是（）。A.光纖材料色散為零的波長(zhǎng)B.波導(dǎo)色散與材料色散相互抵消的波長(zhǎng)C.模式色散為零的波長(zhǎng)D.偏振模色散為零的波長(zhǎng)4.太陽能光伏組件的“熱斑效應(yīng)”主要由（）引起。A.組件串聯(lián)電阻過大B.部分電池片被遮擋C.環(huán)境溫度過高D.組件并聯(lián)電容過小5.發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光效率定義為（）。A.輸出光功率與輸入電功率的比值B.輸出光通量與輸入電功率的比值C.輸出單色光波長(zhǎng)與理論峰值波長(zhǎng)的比值D.輸出光強(qiáng)與輸入電流的比值6.某光纖的數(shù)值孔徑NA=0.2，纖芯折射率n?=1.46，則包層折射率n?約為（）。A.1.44B.1.45C.1.46D.1.477.光電檢測(cè)系統(tǒng)中，前置放大器的主要作用是（）。A.抑制高頻噪聲B.放大微弱光電流信號(hào)并匹配后續(xù)電路C.實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換D.調(diào)整輸出信號(hào)的頻率特性8.多結(jié)太陽能電池的優(yōu)勢(shì)在于（）。A.降低材料成本B.擴(kuò)展光譜吸收范圍C.提高機(jī)械強(qiáng)度D.簡(jiǎn)化制造工藝9.光纖的偏振模色散（PMD）主要影響（）。A.短距離低速通信B.長(zhǎng)距離高速通信C.單模光纖的接續(xù)損耗D.多模光纖的帶寬10.光伏逆變器的MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）功能通過調(diào)整（）實(shí)現(xiàn)。A.輸出電壓或電流B.輸入光照強(qiáng)度C.組件串聯(lián)數(shù)量D.環(huán)境溫度11.雪崩光電二極管（APD）與普通PIN光電二極管的主要區(qū)別是（）。A.APD具有內(nèi)部增益B.APD響應(yīng)速度更慢C.APD工作在零偏壓狀態(tài)D.APD僅對(duì)可見光敏感12.光纖的彎曲損耗與（）成反比。A.彎曲半徑B.纖芯直徑C.包層厚度D.工作波長(zhǎng)13.太陽能電池的開路電壓主要取決于（）。A.光照強(qiáng)度B.材料禁帶寬度C.串聯(lián)電阻D.并聯(lián)電阻14.激光二極管（LD）與LED的本質(zhì)區(qū)別是（）。A.LD發(fā)出相干光，LED發(fā)出非相干光B.LD工作電流更小C.LD發(fā)光效率更低D.LD僅用于可見光波段15.光電編碼器的分辨率由（）決定。A.碼盤的刻線數(shù)B.光源的光強(qiáng)C.探測(cè)器的響應(yīng)速度D.信號(hào)處理電路的帶寬二、多項(xiàng)選擇題（共5題，每題4分，共20分，每題至少有2個(gè)正確選項(xiàng)，錯(cuò)選、漏選均不得分）1.光纖通信系統(tǒng)中，常見的損耗類型包括（）。A.吸收損耗B.散射損耗C.模式色散損耗D.彎曲損耗2.光伏組件的電性能參數(shù)包括（）。A.開路電壓（Voc）B.短路電流（Isc）C.最大輸出功率（Pmax）D.轉(zhuǎn)換效率（η）3.光電檢測(cè)系統(tǒng)中，噪聲來源主要有（）。A.光探測(cè)器的散粒噪聲B.前置放大器的熱噪聲C.環(huán)境光干擾噪聲D.信號(hào)源的工頻噪聲4.多模光纖與單模光纖的主要區(qū)別包括（）。A.多模光纖芯徑較大，單模光纖芯徑較小B.多模光纖支持更高的傳輸速率C.多模光纖模式色散顯著，單模光纖無模式色散D.多模光纖適用于長(zhǎng)距離傳輸，單模光纖適用于短距離傳輸5.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成部分包括（）。A.光伏組件B.逆變器C.蓄電池（可選）D.匯流箱三、計(jì)算題（共3題，每題15分，共45分）1.某光電檢測(cè)系統(tǒng)使用PIN光電二極管，已知其響應(yīng)度R=0.8A/W，入射光功率P=5μW，前置放大器的輸入電阻Rin=1kΩ，放大器噪聲等效帶寬B=10MHz。（1）計(jì)算光電二極管的輸出光電流Iph；（2）計(jì)算熱噪聲的均方根電壓（k=1.38×10?23J/K，T=300K）；（3）若系統(tǒng)要求信噪比（SNR）≥30dB，判斷該系統(tǒng)是否滿足要求（提示：SNR=10lg(P信號(hào)/P噪聲)，P信號(hào)=Iph2×Rin，P噪聲=kTB/Rin）。2.某單模光纖通信鏈路長(zhǎng)度L=50km，光源發(fā)射功率Pt=0dBm（1mW），光纖損耗系數(shù)α=0.2dB/km，連接器損耗每端0.5dB，光接收機(jī)靈敏度Pr=-28dBm（0.158μW）。（1）計(jì)算鏈路總損耗；（2）判斷該鏈路是否滿足接收機(jī)靈敏度要求；（3）若需延長(zhǎng)鏈路至80km，可采取哪些措施（至少2種）？3.某光伏電站使用型號(hào)為“330Wp，Voc=45V，Isc=9.5A，Vm=37V，Im=8.9A”的組件，設(shè)計(jì)輸出為380V直流母線電壓，最大輸出功率50kW。（1）計(jì)算單串組件數(shù)量（取整數(shù)，需滿足Vm×N≥380V）；（2）計(jì)算需要的組件串?dāng)?shù)（取整數(shù)，總功率≥50kW）；（3）若當(dāng)?shù)啬昶骄照招r(shí)數(shù)為1200h，計(jì)算該電站年發(fā)電量（不考慮系統(tǒng)效率損失）。四、案例分析題（共1題，25分）某企業(yè)擬建設(shè)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)條件如下：-屋頂可用面積：500m2（南北朝向，傾角30°，無遮擋）；-組件參數(shù)：?jiǎn)螇K面積1.96m2（1.96m×1.0m），轉(zhuǎn)換效率20%，Voc=48V，Isc=10A，Vm=40V，Im=9.5A；-逆變器參數(shù)：最大輸入電壓1000V，MPPT電壓范圍300~800V，額定功率50kW；-當(dāng)?shù)厮矫婺昕傒椛淞縃=1200kWh/m2，斜面修正系數(shù)1.1（考慮傾角對(duì)輻射的增益）。問題：（1）計(jì)算屋頂可安裝的組件數(shù)量（考慮組件間預(yù)留10%間隙）；（2）設(shè)計(jì)組件串聯(lián)方案（單串組件數(shù)N，需滿足MPPT電壓范圍要求）；（3）計(jì)算系統(tǒng)年發(fā)電量（系統(tǒng)效率取85%）；（4）若逆變器額定功率為50kW，判斷是否需要多臺(tái)逆變器并聯(lián)，說明理由。答案與解析一、單項(xiàng)選擇題1.B（內(nèi)光電效應(yīng)包括光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)，光敏電阻基于光電導(dǎo)效應(yīng)；光電倍增管、光電管基于外光電效應(yīng)；熱電型探測(cè)器基于熱效應(yīng)）。2.A（短路電流I=ηePλ/(hc)，代入數(shù)據(jù)：η=0.8，e=1.6×10?1?C，P=0.01mW=1×10??W，λ=1550nm=1.55×10??m，h=6.626×10?3?J·s，c=3×10?m/s，計(jì)算得I≈6.4μA）。3.B（零色散波長(zhǎng)是波導(dǎo)色散與材料色散相互抵消的波長(zhǎng)，單模光纖的主要色散類型為材料色散和波導(dǎo)色散）。4.B（熱斑效應(yīng)由部分電池片被遮擋導(dǎo)致其成為負(fù)載，消耗功率發(fā)熱引起）。5.B（發(fā)光效率定義為輸出光通量與輸入電功率的比值，單位lm/W）。6.A（NA=√(n?2-n?2)，代入NA=0.2，n?=1.46，解得n?≈1.44）。7.B（前置放大器的作用是放大微弱光電流信號(hào)并匹配后續(xù)電路的輸入阻抗）。8.B（多結(jié)電池通過不同禁帶寬度的材料層吸收不同波長(zhǎng)的光，擴(kuò)展光譜吸收范圍）。9.B（PMD導(dǎo)致光脈沖展寬，主要影響長(zhǎng)距離高速通信（如10Gbps以上））。10.A（MPPT通過調(diào)整逆變器的輸入電壓或電流，使光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)）。11.A（APD通過雪崩倍增效應(yīng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部增益，PIN無增益）。12.A（彎曲損耗與彎曲半徑成反比，半徑越小，損耗越大）。13.B（開路電壓Voc≈(kT/q)ln(Iph/I0+1)，主要取決于材料禁帶寬度（影響I0））。14.A（LD通過受激輻射發(fā)出相干光，LED通過自發(fā)輻射發(fā)出非相干光）。15.A（光電編碼器的分辨率由碼盤的刻線數(shù)決定，刻線數(shù)越多，分辨率越高）。二、多項(xiàng)選擇題1.ABD（模式色散屬于色散而非損耗，光纖損耗包括吸收、散射、彎曲損耗）。2.ABCD（光伏組件的電性能參數(shù)包括Voc、Isc、Pmax、η等）。3.ABC（工頻噪聲屬于外部干擾，光電檢測(cè)系統(tǒng)的主要噪聲為散粒噪聲、熱噪聲、環(huán)境光噪聲）。4.AC（多模光纖芯徑大（50/62.5μm），模式色散顯著，適用于短距離；單模光纖芯徑小（9μm），無模式色散，適用于長(zhǎng)距離）。5.ABCD（光伏發(fā)電系統(tǒng)包括組件、逆變器、匯流箱、蓄電池（儲(chǔ)能系統(tǒng)）等）。三、計(jì)算題1.（1）Iph=R×P=0.8A/W×5μW=4μA；（2）熱噪聲均方根電壓Vn=√(4kTRinB)=√(4×1.38×10?23×300×1000×10×10?)≈4.07μV；（3）P信號(hào)=Iph2×Rin=(4×10??)2×1000=1.6×10??W；P噪聲=kTB/Rin=1.38×10?23×300×10×10?/1000≈4.14×10?1?W；SNR=10lg(1.6×10??/4.14×10?1?)≈10lg(3.86×10?)≈95.9dB≥30dB，滿足要求。2.（1）總損耗=光纖損耗+連接器損耗=0.2dB/km×50km+2×0.5dB=10dB+1dB=11dB；（2）接收功率Pr=Pt-總損耗=0dBm-11dB=-11dBm>-28dBm（靈敏度），滿足要求；（3）措施：①更換低損耗光纖（如α=0.18dB/km）；②增加光放大器（如EDFA）；③提高光源發(fā)射功率（如Pt=3dBm）。3.（1）單串組件數(shù)N≥380V/Vm=380/37≈10.27，取N=11串（11×37=407V≥380V）；（2）單串功率=330W×11=3630W=3.63kW；總串?dāng)?shù)=50kW/3.63kW≈13.77，取14串；（3）年發(fā)電量=50kW×1200h=60,000kWh（50kW×1200h=60MWh）。四、案例分析題（1）可用安裝面積=500m2×(1-10%)=450m2；單塊組件面積1.96m2，可安裝數(shù)量=450/1.96≈229塊（取229塊）。（2）MPPT電壓范圍300~800V，單塊組件Vm=40V，單串?dāng)?shù)量N需滿足300≤40N≤800，即7.5≤N≤20，取N=15（15×40=600V，在范圍內(nèi)）。（3）系統(tǒng)總功率=229塊×330W（假設(shè)組件功率330W，題目未明確，若按轉(zhuǎn)換效率計(jì)算：?jiǎn)螇K功率=面積×輻射×效率=1.96m2×1200kWh/m2×20%=470.4kWh/年，總功率=229×470.4kWh/年×1.1（斜面修正）×85%（系統(tǒng)效率）≈229×470.4×1.1×0.8