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ＯＥＩＣの基本構成は下図のように、フォトダイオードとＩ／Ｖアンプです。
オペアンプの非反転入力には、基準電圧：Vrefが印加されています。 オペアンプの基本動作原理「イマジナリーショート」によって、A点の電圧はVrefとなり、フォトダイオードは電圧Vrefで逆バイアスされます。
フォトダイオードに光を入射すると、光はフォトダイオードで電流に変換され、図の矢印の方向に電流が流れます。 このとき、入射光量を Pin ［W］ フォトダイオードの光電変換効率を A ［A/W］とすると、フォトダイオードの出力電流 Ioutは
Ｉｏｕｔ ＝ Pin × Ａ ［Ａ］ と表す事ができます。
オペアンプは非常に入力インピーダンスが高いため、フォトダイオードの出力電流は全て帰還抵抗Rf [Ω]を流れる事になります。 A点の電圧はVrefで一定で、抵抗Rfの両端に発生する電位差は、Rf× Iout ですから、アンプの出力電圧Voutは、
Vout = Vreｆ + Rf × Iout = Vref + Rf × Pin × A [V]
となります。 Vrefは基準電圧ですから、信号成分のみを考えると、
Vout = Rf × Pin × A [V] となり、
入力光量に比例した電圧を出力する事がわかります。
出力電圧 Vout = Rf × Pin × A [V] ですから、Rfの抵抗値を適宜調整することによって、所望の感度を得る事ができます。 ここでは一例として、DC光感度 が12[mV/uW]のOEICを設計してみます。
フォトダイオードの感度は、その構造によって異なりますが、OEICで使用するフォトダイオードの場合、A = 0.4 [A/W]程度です。
DC光感度は、DCS = （出力電圧）／（入力光パワー） = Vout / Pin ですから、
DCS = Vout / Pin = Rf ×A より
Rf = DCS / A = 12 [mV/uW] / 0.4 [A/W] = 30 [kΩ] となります。
従って、Rf = 30 [kΩ] とすれば、DC光感度 が12 [mV/uW]のOEICを作る事ができます。
回路中の帰還容量Cf は、高周波特性を調整するために使用します。
基本的に、アンプの高周波特性は、帰還抵抗 Rf と 期間容量 Cf で構成される １次のローパスフィルターで制限され、アンプのカットオフ周波数 fc は、fc = 1/2πRc fc となります。
下図に、帰還容量 Cf の値を変化させた時のゲイン周波数特性および、パルス応答特性を示します。 Cfを小さくしすぎると赤色カーブの特性となり、周波数特性にピーキングが発生し、パルス応答特性にリンギングが発生します。 また逆にCfの値が大きすぎると緑色のカーブの特性となり、周波数特性は伸びず、パルス応答特性にもCR時定数によるなまりが発生します。 Cfの値が適切な場合、青色のカーブの特性が得られます。
