17. Перелічити технічні характеристики фотодіодів і поясними іх значення.

Фактори, щовпливають на технічні характеристики фотоприймачів, складні та дужевзаємопов’язаніміж собою. На перший поглядможездатися, щодоситьвибратитільки три параметри – чутливість, швидкодію, ціну. На практиціціфактори часто виявляютьсязалежнимивідіншихфакторів: робочоїдовжинихвилі, типу волокна і передавача, величинитемнового струму, шумових характеристик, типу кодування сигналу, щопередається, та ін.

Нижчерозглянутоголовні з них [30]: струмовачутливість; квантоваефективність; темновий струм; час наростання і спаду; еквівалентнапотужність шуму; співвідношення сигнал/шум і чутливістьаналогових систем; частота виникненняпомилок і чутливістьцифрових систем; максимально допустима зворотнянапруга; робочийдіапазон температур; термінслужби та надійність.

Струмовачутливість (монохромна) (А/Вт) визначається як

, (5.5)

де –фотострум, а –повнаоптичнапотужністьвипромінювання, яка падає на фоточутливу площадкуна довжиніхвилі.

Струмовачутливістьхарактеризуєфотоприймач при низьких частотах модуляції.

Квантоваефективність (безрозмірна величина) визначається як

, (5.6)

де –кількістьфотонів, якіпадають за одиницю часу на приймач, а –кількістьнароджених в результатіцьоговільнихелектронів (абоелектронно-діркових пар).

Квантоваефективністьp-i-n-фотодіодів не може бути більшоюза одиницю (або у відсотках за 100%). Кривіквантовоїефективності в залежностівіддовжинихвилі для різнихматеріалів наведено на рис.5.15.

Між струмовою чутливістю і квантовою ефективністю існує простий зв’язок:

, (5.7)

дее – заряд електрона (К),–довжинахвилі, h – постійна Планка, с – швидкістьсвітла.

Рисунок 5.15 – Залежністьквантовоїефективностівіддовжинихвилі для різнихматеріалів

З підстановкоюзначень констант отримуємо :

. (5.8)

Значенняструмовоїчутливості для p-i-n-фотодіодів в їхробочихдіапазонахскладає 0,5 – 0,8 А/Вт, а для лавиннихфотодіодів 20 – 60 А/Вт.

Характеристики івикористовують при створенніприймальнихоптичних модулей (ПрОМ), коли необхідноузгоджуватинаступний каскад електроннихпідсилювачів.

Темновий струмпротікає при зворотномузміщенні через навантаження у відсутностіпадаючого на фотодіодвипромінювання. Його величина залежитьвідматеріалунапівпровідника, температуринавколишньогосередовища, конструкціїфотоприймача. Максимальнезначенняцей струм має в фотодіодах, яківиготовленоізгерманію.Величина темнового струму можебутивід долей до одиниць мА. Цей струм додається до струму корисного сигналу, коли на фотодіоднадходитьсвітло.

Час наростанняі спаду – ценайважливішадинамічна характеристика фотоприймача. Ціпараметризалежатьвідгеометріїфотодіода, матеріалу, напруженностіелектричного поля в слаболегованійобласті, температури. Максимальна з двох величин, зазвичай,береться в якості характеристики часу відгукуфотоприймача. Зізбільшеннямчастотимодуляціївхіднихоптичнихімпульсівмаксимальнезначенняфотострумузменшується. Гранична частотасмуги пропускання визначається як частота модуляції, при якійструмовачутливістьскладає 0,707 відзначенняструмовоїчутливості при низьких частотах модуляції.

Якщовнутрішнізатримки прямо не впливають на смугу пропусканняабошвидкістьпередачі, то час наростання і спаду головним чином визначаютьсмугу пропускання. Різніфотоприймачіможутьдуже сильно відрізнятися за швидкодією. Найбільшшвидкими є p-i-n-фотодіоди. У лавиннихфотодіодівзбільшеннякоефцієнтапомноженнясупроводжуєтьсязменшеннямшвидкодії у порівнянні з p-i-n-фотодіодами. Найбільшповільніфототранзистори.

Еквівалентнапотужність шуму(Вт) – це одна з найважливіших характеристик, щовраховуютьшумовівластивостіфотоприймачів. Вона визначаємінімальнупотужністьоптичного сигналу на входіфотоприймача, при якійвідношення сигнал/шум дорівнюєодиниці, та розраховується за формулою :

, (5.9)

де- повнийшумовий струм.

Головна функціяфотоприймача – це якомога точнішевідтворитиоптичний сигнал, щоотримуєтьсяіз волокна. Двафундаментальнихпараметривпливають на те, наскільки добре фотоприймачсправляється з цієюзадачею :амплітудавхідного сигналу та рівеньшумів.

Співвідношення сигнал/шум та чутливістьаналогових систем. Для аналогових систем відношення сигнал/шум вимірюєтьсякількісно. На практиціприйнятневідношення сигнал/шум залежитьвідзастосування – для одних достатнімвідношеннямможе бути величина 50 – 60 дБ, для інших – 30 дБ. Знаючиеквівалентнупотужність шуму Р_n і вимоги до відношення сигнал/шум, можнавизначитимінімальнийвхідний сигнал Р_nmin–чутливість аналогового ПРОМ, при якомувнесені спотворення і шуми будуть в межах норми. Цей параметр наводиться виробниками для фотоприймачів при постачаннімережевогообладнання з цілкомвизначеноюобластюзастосування. Якщовхідний сигнал нижчечутливостіприймача, то відношення сигнал/шум може бути недостатньо великим, щобкоректновиконувалосяданезастосування. Прийнятоюодиницеювимірюваннячутливостіфотоприймачів, як і потужностівипромінювання у світловипромінюючихдіодів, є дБм (дБ відноснопотужності в один міліват).

Максимально допустима зворотнянапруга - ценапруга, перевищенняякоїможе призвести до пробою фотоприймача і йогоруйнації. Нарівні з цимзначеннямабозамістьньоговиробникифотоприймачівможутьвказувати просто зворотнуробочунапругу. Якщовибратименшезначенняробочоїнапруги, то буде обмежена область лінійної характеристики фотоприймача.

Робочийдіапазон температур.Існуєдві характеристики, на які сильно впливаєзмінаробочоїтемпературифотоприймача.

По-перше, цеквантоваефективність, яка можеповодити себе в загальномувипадкудоситьскладним чином зізміноютемператури.

По-друге, зростаннятемператури призводить до експоненційногозростаннятермічнозбудженихелектронно-діркових пар, в результатічоготакожекспоненційно зростаєтемновий струм. Витік струму подвоюється при підвищеннітемператури на кожні 8 – 10ºС.

Термінслужби та надійністьтакож є важливимиексплуатаційними параметрами фотоприймачів. Всімфотодіодампритаманнадеградація – поступовезменшеннячутливості при тривалійексплуатації. Деградаціязростаєзізбільшенням струму навантаження, щопротікає через фотодіод.

Для використання в системах зв’язкутермінслужби повинен складати 10⁵ годин для наземних та 10⁶ для підводнихлінійзв’язку.