一个典型的光电二极管模型包含以下关键元素，一个二极管并联一个电流源，并且电流源与光强成正比。寄生元件CD和 RD会影响器件性能。
光伏模式-光电流在如图2所示的环路中流动，并且给二极管提供正向偏置。由于二极管的电压电流间成对数关系，因此空载的输出电压与光电流间近似成对数关系，并且通过RD 上的一个小电流得到修正。所以输出电压与光强之间是高度非线性的关系。某些应用将很受益于对数关系，因为在很大的范围内，光强的改变（眼睛是完美的对数型）会使电压发生类似的改变。由于二极管电压电流特性与温度相关，电压与光强之间的绝对关系很差。

在光伏模式下，二极管电容限制了频率响应。光强的快速改变会对CD进行充放电。这并不是用于快速响应的模式。

输出端可以引入缓冲，或者输出端也可以进行同相放大。为了实现低的输入偏置电流，可以使用CMOS或者JFET的运算放大器。从而在低的光强的情况下，运放不至于成为光电二极管的负载。

在光伏模式下的输出功率，当输出端引入负载时电压会有明显的下降。为了输出最高的功率，所采用的负载值由光强决定。

光敏模式-二极管电压为常量，如图3所示，通常为0V。通常会使用跨阻放大器来将光电流转换为电压。可以通过对光电二极管加反向偏置的方法来降低它的电容，但这会造成暗电流的泄露。当二极管两端没有正向电压的时候，响应与光强之间是成线性关系的。此外，二极管电容两端的电压不会随着光强的改变而改变，因此频率响应大大改善了。由于电容在负反馈的回路中形成了一个极点，因此很有必要降低电容的值。为了实现稳定性的，通常引入一个反馈电容CF。