2.2.2. Основные параметры и характеристики p-I-n фотодиода

В стационарном режиме p-i-n фотодиод полностью описывается вольт- амперной, спектральной и энергетической характеристиками.

Вольт-амперная характеристика определяет зависимость общего тока через фотодиод (фототока и темнового тока) от приложенного напряжения смещения. Рисунок 2.4 показывает типичные вольт-амперные характеристи­ки p-i-n фотодиода при различных мощностях оптического излучения.

Рисунок 2.4. - Вольт-амперные характеристики фотодиода при различных уровнях мощности оптического излучения

Спектральная характеристика отражает зависимость монохроматической чувствительности от длины волны регистрируемого потока излучения. Она может быть абсолютной и относительной.

Энергетическая характеристика отражает зависимость фототока фото­диода от мощности оптического излучения (ампер-ваттная, вольт-ваттная ха­рактеристика) (Рисунок 2.5, линия 2). Следует отметить, что при больших уровнях освещенности ватт-амперная характеристика фотоприемника откло­няется от линейной зависимости (Рисунок 2.5).

Рисунок 2.5. - Типичная зависимость фототока от мощности потока

излучения для p-i-n фотодиода

Существуют также температурные характеристики, которые отражают изменения параметров фотоприемников от температуры. Важными свойст­вами фотоприёмников является способность сохранять фотоэлектрические параметры в определенных пределах заданного времени (стабильность), и способность длительной работы в определенном режиме при условии полно­го сохранения фотоэлектрических параметров в пределах технических усло­вий (долговечность). Как правило, в качестве критериев оценки стабильности и долговечности выступают темновой ток и чувствительность (для фотодио­дов).

Важнейшим параметром фотодиода является чувствительность, которая отражает изменение электрического тока фотодиода при подаче на его вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность опреде­ляется отношением изменения электрического сигнала на выходе фотодиода к величине изменения падающего потока Ф или мощности потока Р (2.1). Обычно на выходе измеряют ток или напряжение, поэтому различают воль­товую S_U и токовую чувствительность S_I. Для фотодиодов обычно указывает­ся абсолютная или относительная монохроматическая чувствительность по току S_ - это реакция фотодиода на величину монохроматического потока из­лучения, измеряемая в А/Вт.

, (2.1)

Максимально возможная токовая чувствительность определяется по формуле.

, (2.2)

где длина волны  выражается в микрометрах.

Темновой ток - постоянный ток, протекающий через фотодиод в отсут­ствие светового потока в диапазоне спектральной чувствительности.

Порог чувствительности - минимальная средняя мощность оптическо­го сигнала на входе при заданных характеристиках этого сигнала, при кото­рой обеспечивается заданное отношение сигнал-шум или заданный коэффи­циент ошибок;

Динамический диапазон линейности - отношение максимальной средней мощности оптического сигнала (критической мощности излучения) Р_mах, при котором его характеристики не выходят за допустимые пределы (обычно на уровне 1 дБ), к его порогу чувствительности P_min выраженное в децибелах:

А = 10 log (Р_mах / P_min); (2.3)

Спектральный диапазон - диапазон длин волн оптического излучения, в котором значение чувствительности фотодиода более 0.1 от его максималь­ной чувствительности;

Полоса пропускания - интервал частот, в котором модуль коэффициента передачи больше или равен половине его максимального значения. Инерци­онность фотодиодов характеризуется постоянными фронта нарастания и спа­да сигнала на его выходе при импульсной засветке.