Технические характеристики фотоприемников

Основные технические характеристики: широкополосность, соотношение сигнал/шум и чувствительность для АСП; быстродействие, частность появления ошибок и чувствительность для ЦСП. Они зависят от характеристик фотодиода и приемного модуля: токовая чувствительность, квантовая эффективность, темновой ток, эквивалентная мощность шума, время нарастания и спада, насыщение, максимально допустимое обратное напряжение, рабочий диапазон температур, наработка на отказ.

Токовая чувствительность (монохроматическая) А/Вт) - , где - фототок, а - полная оптическая мощность излучения на длине волны λ. Токовая чувствительность характеризует фотоприемник при низких частотах модуляции.

Квантовая эффективность , где - количество фотонов, падающих за единицу времени на приемник, а - количество рожденных в результате этого свободных электронов.

, где е – заряд электрона (1,60 К), λ – длина волны, h – постоянная Планка (6,63 Дж.сек), с – скорость света (3,00 м.сек ). . Типичное значение для p-i-n фотодиодов 0,5-0,8 А/Вт.

Темновой ток протекает при обратном смещении через нагрузку в отсутствии излучения, зависит от материала п/п, температуры окружающей среды и конструкции фотоприемника. добавляется к току полезного сигнала, когда поступает свет.

Два шумовых тока: дробовой ток - для p-i-n фотодиода , - темновой ток, В – полоса пропускания (частота модуляции); и тепловой Джонсоновский ток , где К – постоянная Больцмана (1,38 Дж ), Т – абсолютная температура (К), В – полоса пропускания, R – сопротивление (Ом). Полный шумовой ток .

Эквивалентная мощность шума (Вт) определяет минимальную мощность оптического сигнала на входе, при которой отношение сигнал/шум равно единице, и вычисляется . Эквивалентная мощность шума пропорциональна квадратному корню из полосы пропускания. можно пронормировать, поделив на . (размерность Вт/Гц и не зависит от полосы пропускания).

Время нарастания (спада) - динамическая характеристика фотоприемника. Это время возрастания уровня сигнала от 0,1 до 0,9 (упасть от 0,9 до 0,1) от установившегося максимального значения. Зависит от геометрии светодиода, материала, напряженности электрического поля в слаболегированной области, температуры. С увеличением частоты модуляции входных оптических импульсов максимальное значение фототока уменьшается. Предельная частота модуляции, при ней токовая чувствительность составляет 0,707 от значения токовой чувствительности при низ. частотах модуляции.

Главная функция фотоприемника – точное воспроизведение оптического сигнала. Соотношение сигнал/шум и чувствительность АСП. Для АСП отношение сигнал/шум измеряется количественно. Требуемая величина соотношения сигнал/шум зависит от применения. Зная и сигнал/шум, можно определить чувствительность аналогового ПРОМ, при котором вносимые шумы будут в пределах нормы.

Коэффициент ошибок и чувствительность цифровых систем. В ЦСП мерой качества принятого сигнала является вероятность некорректной передачи 0 или 1, измеряется коэффициентом ошибок, определяется как отношение неправильно принятых символов к их полному числу. (резко зависит от мощности входного сигнала). (В циф. телеком. системах коэф. ошиб. не больше . В вычислительных сетях не более - ₎

Чувствительностью цифрового ПРОМ называется минимальная мощность входного сигнала, при которой достигается заданный для данной системы передачи коэффициент ошибок. Мощность оптического сигнала на входе должна быть не меньше чувствительности ПРОМ. [дБм].

Насыщение ПРОМ. Электронные усилители ПРОМ имеют линейную зависимость амплитуды вых. электрического сигнала от вх. оптической мощности до опред. значения (насыщением ПРОМ). При больших входных сигналах нулевые символы, следующие за единицей, могут неправильно определяться, приведет к увеличению коэффициента ошибок. Насыщением цифрового ПРОМ - максимальная входная мощность, при которой, коэффициент ошибок начинает превышать заданную величину. Диапазон значений мощности от чувствительности до насыщения называется динамическим диапазоном ПРОМ.

Максимально допустимое обратное напряжение - его превышение может привести к пробою фотоприемника и его разрушению.