Удельная чувствительность фотосопротивления. Удельная чувствительность фоторезистора: принцип работы, применение и характеристики

Что такое удельная чувствительность фоторезистора. Как работает фоторезистор. Где применяются фоторезисторы. Какими основными характеристиками обладают фоторезисторы. Как рассчитать параметры фоторезистора.

Принцип работы фоторезистора

Фоторезистор — это полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется под действием светового потока. Основной частью фоторезистора является полупроводниковый элемент с выводами, расположенный так, чтобы на него мог падать свет.

Принцип действия фоторезистора основан на явлении фотопроводимости полупроводников. При освещении полупроводника в нем образуются дополнительные подвижные носители заряда, что приводит к уменьшению его сопротивления.

Концентрация носителей заряда, возбужденных светом, определяется выражением:

nф = b1Ф

где Ф — интенсивность облучения, b1 — коэффициент пропорциональности.

Фотопроводимость полупроводника выражается формулой:

sф = еnфm

где е — заряд электрона, m — подвижность носителей заряда.

Основные характеристики фоторезисторов

Основными характеристиками фоторезисторов являются:

• Темновое сопротивление — сопротивление неосвещенного фоторезистора (обычно от десятков кОм до нескольких МОм)
• Световая характеристика — зависимость фототока от освещенности
• Вольтамперная характеристика — зависимость тока от напряжения
• Спектральная характеристика — зависимость чувствительности от длины волны падающего излучения
• Интегральная чувствительность — отношение фототока к световому потоку
• Удельная чувствительность — отношение фототока к световому потоку при напряжении 1 В

Удельная чувствительность фоторезистора

Удельная чувствительность фоторезистора определяется как отношение фототока к величине светового потока при условии, что приложенное к фоторезистору напряжение равно 1 В:

К0 = Iф / (Ф * U)

где Iф — фототок, Ф — световой поток, U — напряжение (1 В).

Удельная чувствительность характеризует эффективность преобразования световой энергии в электрический ток фоторезистором. Чем выше удельная чувствительность, тем меньший световой поток может обнаружить фоторезистор.

Применение фоторезисторов

Благодаря своим свойствам фоторезисторы находят широкое применение в различных областях:

• Системы автоматического управления освещением
• Датчики присутствия и движения
• Экспонометры фотоаппаратов
• Оптические переключатели
• Детекторы пламени
• Системы сортировки и контроля качества продукции
• Измерительные приборы (люксметры, колориметры и др.)

Расчет параметров фоторезистора

При проектировании устройств с фоторезисторами важно уметь рассчитывать их основные параметры. Рассмотрим несколько ключевых формул:

Расчет фототока

Iф = sф * E * S

где sф — фотопроводимость, E — напряженность электрического поля, S — площадь сечения полупроводника.

Расчет интегральной чувствительности

Кф = Iф / Ф = (Iсв — Iт) / Ф

где Iсв — ток при освещении, Iт — темновой ток, Ф — световой поток.

Расчет кратности изменения сопротивления

K = Rт / Rсв

где Rт — темновое сопротивление, Rсв — сопротивление при освещении.

Факторы, влияющие на характеристики фоторезисторов

На характеристики фоторезисторов влияют следующие факторы:

• Температура — с ростом температуры уменьшается чувствительность и увеличивается темновой ток
• Частота модуляции светового потока — при высоких частотах снижается чувствительность из-за инерционности
• Спектральный состав излучения — максимальная чувствительность наблюдается при определенной длине волны
• Интенсивность освещения — при сильном освещении характеристика становится нелинейной

Преимущества и недостатки фоторезисторов

Фоторезисторы обладают рядом преимуществ и недостатков по сравнению с другими фотоприемниками:

Преимущества:

• Высокая чувствительность
• Простота конструкции
• Низкая стоимость
• Широкий спектральный диапазон
• Возможность работы на переменном и постоянном токе

Недостатки:

• Нелинейность характеристик
• Зависимость параметров от температуры
• Относительно высокая инерционность
• Наличие темнового тока

Типы фоторезисторов

В зависимости от используемого полупроводникового материала выделяют следующие основные типы фоторезисторов:

• Сернисто-кадмиевые (CdS) — максимум чувствительности в видимой области спектра
• Селенисто-кадмиевые (CdSe) — чувствительны к инфракрасному излучению
• Сернисто-свинцовые (PbS) — работают в ближней ИК-области
• Германиевые (Ge) — для среднего ИК-диапазона
• Кремниевые (Si) — для видимой и ближней ИК-области

Методы повышения чувствительности фоторезисторов

Для повышения чувствительности фоторезисторов применяют следующие методы:

1. Охлаждение — снижает темновой ток и увеличивает отношение сигнал/шум
2. Легирование полупроводника примесями — расширяет спектральный диапазон
3. Оптимизация геометрии фоточувствительного слоя
4. Применение оптических концентраторов излучения
5. Использование специальных покрытий для уменьшения отражения света

Заключение

Фоторезисторы являются простыми и эффективными фотоприемниками, широко применяемыми в различных областях техники. Понимание принципов их работы и основных характеристик позволяет грамотно выбирать и применять эти приборы в разрабатываемых устройствах. Удельная чувствительность — важный параметр, характеризующий эффективность преобразования световой энергии в электрический сигнал.

принцип работы, где применяется и как выглядит

Фоторезисторы (фотоэлектрические приборы – это приборы, которые могут изменять свои технические характеристики под влиянием света. Нашли свое применение такие приборы во всей электрики и электронике. Их значение переоценить крайне сложно. Сам термин фоторезистор говорит за себя. Они изменяют сопротивление под влиянием светового потока. Такой резистор может иметь номинальное сопротивление 1-200 ОМ, но на свету, оно может уменьшиться в десятки и даже сотни раз.

Основное преимущество этих радиодеталей – зависимость сопротивления от степени освещения. Именно поэтому их можно использовать в различных датчиках или измерителях освещенности. Но есть и ряд недостатков – с ними не удобно работать по причине высокого сопротивления.

В данной статье будут рассмотрены все характеристики и особенности фоторезисторов, а также приведены все необходимые расчеты. В качестве бонуса, в статье содержится видеоролик и скачиваемый файл, где содержится интересная дополнительная информация.

Простые фоторезисторы.

Как работает фоторезистор

В полной темноте, сопротивление этих радио компонентов огромное, может доходить до десятков МОм, но как только элемент подвергается воздействию света, его сопротивление резко снижается до долей Ома.

Фоторезисторы (ФР) обладают высокой чувствительностью в достаточно широком диапазоне (от инфракрасного до рентгеновского спектра), которая и зависит от длины волны светового потока. Эти радио компоненты все еще применяются во многих электронных устройствах благодаря их высокой стабильности во времени, малым размерам и богатым номиналам сопротивлений.

Их обычно изготавливают в пластиковом корпус с прозрачным окном и двумя внешними выводами, полярность подсоединения разницы не играет. Фоторезистор – это датчик (преобразователь), электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от интенсивности поступающего на него светового потока. Чем он сильнее, тем больше генерируется свободных носителей зарядов (электронов) и тем ниже сопротивление фоторезистора.

Два внешних металлических вывода этого датчика идут через керамический материал основания к специальной светочувствительной пленке, которая по свойству материал и своей геометрии задает электрические свойства сопротивления фоторезистора. Так как фоточувствительное вещество по своей природе с достаточно большим внутренним сопротивлением, то между обоими выводами с тонкой дорожкой, при средней световой интенсивности, получается низкое общее сопротивление фоторезистора. По аналогии с человеческим глазом, фоторезистор чувствителен к определенному интервалу длины световой волны. При выборе датчика приходится обращать на это пристольное внимание, т.к иначе он может совсем не среагировать на источник света.

У фоторезисторов обязательным параметром задается и температурный диапазон. Если использовать преобразователь при отличающихся температурах, то нужно обязательно добавить уточняющие преобразования, т.к. свойство сопротивления этого фотоэлемента зависит от температуры. Для характеристики интенсивности света применяют специальную величину называемую освещенность (E). Она показывает количество светового потока, который достигнет определенной поверхности. Для измерения единицы в системе СИ применяется физическая люкс (лк), где один люкс означает, что на поверхность размером один метр в квадрате равномерно падает поток света освещенностью в один люмен (лм). В реальных условиях световой поток практически никогда не падает равномерно на поверхность, поэтому освещенность получается несколько большей в среднем значении.

Интересно почитать: принцип действия и основные характеристики варисторов.

По сути это обычный транзистор, но без крышки в буквальном смысле. Крышка, закрывающая кристалл прибора, конечно, есть, но она выполнена из прозрачного материала и видимый свет может попадать на кристалл. Подавая на базу некоторое напряжение, можно управлять сопротивлением перехода эмиттер-коллектор. Но оказывается, сопротивлением перехода можно управлять и обычным светом.

Фототранзистор – это обычный транзистор, который имеет еще одну, дополнительную «базу» – световую. Освещаем – открываем транзистор. В таком включении вывод базы фототранзистора можно вообще не использовать – его роль выполняет свет.

Виды и принцип работы, обозначение на схемах

В зависимости от материалов, используемых во время изготовления на производстве все, фоторезисторы можно условно разделить на две большие группы: с внутренним и внешним фотоэффектом.

В производстве элементов с внутренним фотоэффектом и применяют нелегированные материалы, например германий или кремний. Фотоны, попадающие на фоторезистор, заставляют электроны двигаться из валентной в зону проводимости.

Благодаря этому возникает огромное число свободных электронов, тем самым резко возрастает электропроводность и, поэтому, снижается сопротивление. Фоторезистор с внешним фотоэффектом изготавливают из материалов, с добавлением примесей легирующей добавки, которая создает новую энергетическую зону поверх имеющейся валентной, богатую электронами.

Кроме того, электронам новой зоны необходимо на порядок меньше энергии, чтобы перейти в зону проводимости благодаря более низкой энергетической щели. Поэтому фоторезисторы с внешним фотоэффектом гораздо более чувствительны к различным длинам светового спекира волн.

Фоторезистор на схемах обозначается также как и обычный резистор, но с добавление двух стрелочек, которые направлены к прямоугольнику. В качестве материалов для фоторезисторов широко используются сульфиды, селениды и теллуриды различных элементов, а также соединения типа A_lMB_v. В инфракрасной области могут быть использованы фоторезисторы на основе PbS, PbSe, PbTe, InSb, в области видимого света и ближнего спектра ультрафиолета — CdS.

Сегодня фоторезисторы широко применяются во многих отраслях науки и техники. Это объясняется их высокой чувствительностью, простотой конструкции, малыми габаритами и значительной допустимой мощностью рассеяния. Значительный интерес представляет использование фоторезисторов в опто- электронике. В радиолюбительских конструкциях фоторезисторы применяются как световые датчики в устройствах слежения и автоматики, автоматических и фотореле в быту, в охранных системах.

Чувствительность и инертность фоторезистора

Чувствительность фоторезистора зависит от длины световой волны. Если длина волны лежит вне рабочего диапазона, то свет не оказывает никакого воздействия на ФР. Можно сказать, что фоторезистор не чувствителен в этом диапазоне длин волн. Эти радио компоненты обладают более низкой чувствительность, чем фототранзисторы и фотодиоды.

Еще одна важная характеристика фоторезистора называется инертность, ее физический смысл состоит в том, что имеется определенная инертность (или проще понять – время задержки) между изменениями в освещении и последующим изменением сопротивления. Для того чтобы сопротивление снизилось до минимально возможного значения при полном освещении требуется около 10 мс, и около одной секунды понадобится для того, чтобы сопротивление возросло до максимума после затемнения этого-же компонента.

Чувствительность и инертность фоторезистора.

Конструкция и применение

Современные фоторезисторы изготавливают из селенида свинца, сульфида свинца, антимонида индия, но чаще всего из селенида и сульфида кадмия и кадмия. Спектральная характеристика сульфида кадмия практически полностью совпадает с устройством человеческого глаза. Длина волны пиковой чувствительности – 560-600 нм, что соответствует видимой части спектра.

Для изготовления элемента из сульфида кадмия, высокоочищенный порошок смешивают с инертными связующими веществами. Затем, эту смесь спекают и прессуют. В вакуумной среде на основание с электродами наносят тонкий фоточувствительный слой в виде извилистой дорожки. Затем, основание помещается в прозрачную оболочку, для защиты фоточувствительного элемента. Основной областью применения этих радио элементов является автоматика, с помощью них можно создать простые и надежные схемы фотореле без использования токовых усилителей.

Такие фотореле применяются в системах управления и контроля. В измерительной технике фоторезисторы используются для измерения высоких температур в различных технологических процессах. У фоторезисторов обязательно определен и диапазон температуры. Если использовать датчик при разных температурах, то следует обязательно ввести уточняющие преобразования, т.к. свойство сопротивления зависит от внешней температуры.

Для характеристики интенсивности света используют физическую величину освещённость (обозначение E), что показывает количество светового потока, достигающего какой-либо поверхности. Для измерения единицы имеется люкс (лк), где 1 люкс означает, что на поверхность размером 1 m² равномерно падает световой поток в 1 люмен (лм). В реальной жизни свет практически никогда не падает на (жилую) поверхность равномерно и поэтому освещённость получается больше в среднем значении. Для сравнения приведены некоторые примеры освещённости:

Цвет волны и диапазон ее длины.

Основные характеристики фоторезисторов

Фоторезистор (от фото- и резистор), представляет собой полупроводниковый резистор, омическое сопротивление которого определяется степенью освещенности. В основе принципа действия фоторезисторов лежит явление фотопроводимости полупроводников. Фотопроводимость — увеличение электрической проводимости полупроводника под действием света.

Причина фотопроводимости — увеличение концентрации носителей заряда — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Светочувствительный слой полупроводникового материала в таких сопротивлениях помещен между двумя токопроводящими электродами. Под воздействием светового потока электрическое сопротивление слоя меняется в несколько раз (у некоторых типов фотосопротивлений оно уменьшается на два-три порядка). В видеоролике ниже представлена подробная информация о фоторезисторах.

В зависимости от применяемого слоя полупроводникового материала фотосопротивления подразделяются на сернисто-свинцовые, сернисто-кадмиевые, сернисто-висмутовые и поликристаллические селено-кадмиевые. Фотосопротивления обладают высокой чувствительностью, стабильностью, они экономичны и надежны в эксплуатации. В целом ряде случаев они с успехом заменяют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы.

Материал в тему: описание и область применения подстроечного резистора.

Основные характеристики фотосопротивлений:

• Рабочая площадь.
• Темновое сопротивление (сопротивление в полной темноте), варьируется в обычных приборах от 1000 до 100000000 Ом.
• Удельная чувствительность

Световая (люкс-амперная), характеризующая зависимость фототока от падающего светового потока постоянного спектрального состава. Полупроводниковые фоторезисторы имеют нелинейную люкс-амперную характеристику. Наибольшая чувствительность получается при малой освещенности. Это позволяет использовать фоторезисторы для измерения очень малых интенсивностей излучения. При увеличении освещенности световой ток растет примерно пропорционально корню квадратному из освещенности. Наклон люкс-амперной характеристики зависит от приложенного к фоторезистору напряжения.

Расчет сопротивления

О взаимосвязи между освещенностью и электрическим сопротивлением фоторезистора дается приблизительная формула в спецификации датчика. Как видно на выше приведенном графике, на логарифмической шкале освещенность и сопротивление находятся приблизительно в линеарной зависимости и образуют прямое уравнение, потому что применяется следующее преобразование: log(a/b) = log(a) – log(b)

Связь характеризует γ фактор (ровный подъем), который у датчика VT935G равен 0,9. Известны так же данные одной точки линии: 18,5 kΩ сопротивление (R_A) 1 при 10 lx освещенности (E_A). Таким образом, имеются координаты 1 точки и ровный подъем и для вычисления любой другой точки хватит только одного координата.

Если измерить сопротивление датчика (R_B), то можно из уравнения линии вычислить освещенность (E_B) падающую на датчик. Выразим уравнение линии E_B:

log(E_B) = log(R_A/R_B) / γ + log(E_A)

E_B = 10^log(R_A^/R_B^{) / γ + log(E}_A⁾

Таким образом, имеется формула для вычисления освещения, если сопротивление известно. Сопротивление напрямую микроконтроллером измерить нельзя – для этого фоторезистор находится в делителе напряжения, выходное напряжение которого переводит аналогово-дигитальный преобразователь в конкретные числа (ADC). Для нахождения сопротивления, в первую очередь придется вычислить из значения ADC выходное напряжение (U₂), делителя напряжения, учитывая и сравниваемое напряжение (U_ref) преобразователя. Формула следующая:

U₂ = U_ref ⋅ (ADC / 1024)

Из формулы делителя напряжения (смотри главу делителя напряжения) можно найти в схеме верхнего фоторезистора сопротивление (R₁):

R₁ = (R₂ ⋅ U₁) / U₂ – R₂

Далее при вычислении напряжения и сопротивления известные факторы заменяются значениями и нижние индексы опущены:

U = 5 ⋅ (ADC / 1024)

R = (10 ⋅ 5) / U – 10

Для нахождения освещенности можно сделать упрощающие переводы:

E = 10^{log(18,5/R) / 0.9 + 1} = 10^{log(18,5/R) ⋅ 10/9} ⋅ 10¹ = 10^{log18,5 ⋅ 10/9 – logR ⋅ 10/9} ⋅ 10 = (10^{log18,5 ⋅ 10/9} / 10^{logR ⋅ 10/9}) ⋅ 10 =

= (18,5^10/9 / R^10/9) ⋅ 10 = 18,5^10/9 ⋅ 10 ⋅ R^-10/9

Вычислив постоянную находящуюся перед переменной R, остается формула в виде:

E = 255,84 ⋅ R^-10/9.

Главным преимуществом полупроводниковых фотодетекторов по сравнению с фотоумножителями является их способность регистрировать длинноволновое излучение, поскольку создание подвижных носителей в них не связано с преодолением значительного поверхностного потенциального барьера.

Недостатком же их является небольшое усиление по току. Чтобы выходной импульс мог управлять различными электронными системами, его необходимо многократно усилить. Таким усилителем может быть одно-двухкаскадный транзисторный усилитель или операционный усилитель. Чтобы фотовозбуждение носителей не маскировалось тепловым возбуждением, полупроводниковые фотодетекторы не должны эксплуатироваться в средах с высокими температурами, иначе их необходимо охлаждать.

Как вам статья?Poll Options are limited because JavaScript is disabled in your browser.

Более подробную информацию можно узнать, прочитав файл по данной теме что такое фоторезистор.Всю новую информацию по этой и многим другим темам, вы сможете найти в группе. Подписывайтесь на нашу группу в социальной сети «Вконтакте».

Для этого вам необходимо будет перейти по следующей ссылке https://vk.com/electroinfonet. Также в группе можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профи. В завершение объемной статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.texnic.ru

www.nauchebe.net

www.home.roboticlab.eu/ru

www.begin.esxema.ru

Предыдущая

РезисторыКак отличается параллельное и последовательное соединение резисторов?

Следующая

РезисторыЧто такое терморезистор?

Фоторезисторы — Студопедия

Фоторезистором называется полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого меняется под действием светового потока. Основной частью фоторезистора является полупроводниковый элемент, снабженный выводами и расположенный так, что на него может падать свет.

Принцип действия фоторезистора основан на образовании допол-нительного количества подвижных носителей заряда в результате поглощения полупроводником лучистой энергии, вследствие чего уменьшается его сопротивление, т.е. возникает дополнительная электропроводность, называемая фотопроводимостью полупроводника. Если освещать поверхность полупроводника непрерывно, то число дополнительных носителей заряда будет возрастать до наступления динамического равновесия, когда число вновь появившихся носителей будет равно числу рекомбинировавших. После прекращения освещения избыточные носители рекомбинируют друг с другом и восстанавливается прежняя величина проводимости, характерная для не облучаемого элемента.

Концентрация носителей заряда, возбужденных светом, определяется выражением

n_ф = b₁,……….……………….7.1.1

где Ф — интенсивность облучения; b₁ — коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты падающего света и скорости рекомбинации носителей заряда.

Если концентрация носителей, возбужденных светом, меньше темновой концентрации, то

n_ф = b₂Ф. …………………………7.1.2

Выражение для фотопроводимости имеет вид:

s_ф = еn_фm. ……………………..…7.1.3

С энергетической точки зрения увеличение проводимости полупроводников объясняется переходом электронов под действием света из валентной зоны в зону проводимости и другими переходами (рис 7.1.1). При этом энергия фотонов hn должна быть больше энергии запрещенной зоны ΔЕ . Валентные электроны, переходя в свободную зону, оставляют на своем месте дырку. Эти дополнительные носители заряда определенное время находятся в свободном состоянии, а затем рекомбинируют, т.е. переходят либо в валентную

зону, либо на примесные уровни. Однако часть фотонов, поглощенных поверхностью полупроводника, рассеивается в кристаллической решетке, повышая интенсивность теплового движения. Для получения фототока необходимо в цепи последовательно с фоторезистором включить посторонний источник Э.Д.С. Выражение для фототока можно записать в виде

I_ф = s_фES,…………………………7.1.4

где s_ф –фотопроводимость, E— напряженность электрического поля, S — площадь сечения полупроводника. Разность I_ф между световым током I_св и темновым I_Т:

I_Ф = I_ст — I_т ………………………..7.1.5

Темновой ток является одним из параметров фоторезистора. Иногда более удобно пользоваться понятием темновое сопротивление, которое определяется как сопротивление неосвещенного фоторезистора. Для большинства фоторезисторов указывается нижний предел темнового сопротивления. Обычно величина темнового сопротивления находится в пределах от десятков килоом до нескольких мегаом.

Для переноса электрона из валентной зоны в зону проводимости необходимо сообщить ему определенную энергию. В связи с тем, что различные материалы имеют различную ширину запрещенной зоны, для фоторезистора существует пороговая длина волны, различная для различных материалов. Например, ширина запрещенной зоны германия 0.72 эВ, а кремния 1.12 эВ. И, соответственно, пороговая длина волны для германия 1.8 мкм, а для кремния 1.2 мкм. Для перевода электрона с примесного уровня в зону проводимости требуется значительно меньшая энергия (менее 0.1 эВ) и соответственно воздействие светом значительно большей длины волны (инфракрасная область). Поэтому обычно наблюдаются несколько максимумов: основной коротковолновый и более слабые длинноволновые, обусловленные возбуждением электронов примесных центров, межпримесными переходами, поглощением свободными носителями, экситонным поглощением и т.д.

Вольтамперные характеристики фоторезистора линейны в пределах максимально допустимой мощности рассеяния на них. При большом напряжении на фоторезистор вследствие чрезмерного нагрева его происходит разрушение светочувствительного слоя.

Вольтамперные характеристики в общем случае могут быть записаны в виде

I_св=А_оE^a U^g,……………………………7.1.6

где a — коэффициент нелинейности световой характеристики, g — коэффициент нелинейности вольтамперной характеристики, А_о — постоянная, определяющаяся параметрами полупроводника, U — приложенное напряжение, Е — освещенность.

Световые (энергетические) характеристики фоторезистора (рис.7.1.2) обычно нелинейны. Особенностью световых характеристик является наличие темнового тока, т.е. тока, протекающего через фоторезистор при отсутствии освещенности (в темноте). В определенном интервале освещенности световая характеристика может быть аппроксимирована выражением

I_св=A_о U^g Ф^a ……………………………7.1.7

Основными характеристиками фоторезистора является интегральная и спектральная чувствительность. Интегральная чувствительность фоторезистора определяется как отношение разности токов при освещении I_св и темнового I_т к световому потоку, падающему на резистор при номинальном значении U_ном напряжения:

К_ф, мА/лм = I_ф/Ф = (I_св-I_т)/Ф, ………………7.1.8

где Ф — световой поток, определяемый из выражения

Ф, лм =SE; …………………….…..7.1.9

S — рабочая площадь фоторезистора в м²; Е – освещенность в лк.

Интегральная чувствительность фоторезистора сильно зависит от температуры. При увеличении температуры интегральная чувствительность резко снижается, т.к. увеличивается равновесная концентрация носителей заряда и вероятность рекомбинации избыточных носителей, возникающих при освещении, что приводит к уменьшению фототока.

Увеличение концентрации носителей с ростом температуры приводит к возрастанию темнового тока. В связи с этим в ряде случаев, где требуется высокая чувствительность, применяется охлаждение фоторезистора. Интегральная чувствительность фоторезистора достигает величины 4 А/лм.

Ввиду того, что зависимость между током и напряжением линейна, вводят параметр удельной чувствительности фоторезистора. Удельная чувствительность равна отношению фототока к величине светового потока при условии, что приложенное к фоторезистору напряжение равно 1 В:

К₀=К_ф/U=I_ф/ФU……..…………………7.1.10

Таким образом, удельная чувствительность падает с увеличением светового потока. Иногда для характеристики чувствительности фоторезистора удобно пользоваться относительным изменением сопротивлений

DR/R_т=(R_т-R_св)/R_т ………………………7.1.11

или параметром кратности изменения сопротивления, представляющим собой отношение темнового сопротивления к сопротивлению при освещенности R_т/R_св, где R_т — темновое сопротивление; R_св — сопротивление при освещенности Е.

Очевидно, что кратность изменения сопротивления с увеличением освещенности возрастает, т.к. сопротивление R_св уменьшается, а R_тостается без изменений. Поэтому значение кратности указывается при определенной освещенности. Например, при освещенности в 200 лк кратность изменения сопротивления для сернисто-свинцовых фоторезисторов составляет единицы, а для сернисто-кадмиевых достигает 10⁵.Спектральная чувствительность фоторезистора определяется величиной фототока или фотопроводимости при освещении его единицей светового потока определенной длины волны. На рис.7.1.3 приведены спектральные характеристики сернисто-кадмиевых фоторезисторов. Максимум приходится на длину волны соответствующую энергии, необходимой для перевода электронов в зону проводимости. Если проводник легирован примесями, то каждой примеси на графике будет соответствовать свой максимум.

Поэтому, например, сернисто-кадмиевые фоторезисторы имеют максимум чувствительности в красной и ближней инфракрасной области спектра, сернисто-свинцовые – в инфракрасной. Поскольку для многих полупроводников ширина максимума значительна, то чувствительность большинства фоторезисторов достаточно высока в широком диапазоне длин волн (практически от инфракрасной области спектра до рентгеновских лучей.)

При увеличении температуры вид спектральной характеристики меняется. Она может смещаться как в длинноволновую, так и в коротковолновую область спектра. Это объясняется тем, что ширина запрещенной зоны может увеличиваться, а может уменьшаться с изменением температуры.

Пороговая чувствительность характеризует минимальный световой поток, создающий в цепи фоторезистора электрический сигнал, обычно 2-3 раза превышающий напряжение шума фоторезистора.

С понижением температуры пороговая чувствительность возрастает. Поэтому для достижения высокого порога чувствительности применяют глубокое охлаждение фоторезистора. Охлаждение осуществляется криогенными жидкостями или охлаждающими устройствами. Однако следует учитывать, что при охлаждении уменьшается ширина запрещенной зоны и происходит сдвиг максимума спектральной чувствительности в длинноволновую область спектра.

Как было уже отмечено, фототок достигает своего максимального значения лишь через некоторое время после начала облучения. Точно так же после прекращения освещенности фототок прекратится лишь через некоторое время. Таким образом, фототок не успевает следовать за изменением освещенности. Это объясняется конечным временем нарастания и спада концентрации избыточных носителей, которое определяется временем жизни неосновных носителей в данном полупроводниковом материале. В свою очередь время жизни неосновных носителей связано с наличием большого количества ловушек в поликристаллическом полупроводнике. Ловушки захватывают носители тока при включении света и освобождают их после выключения.

Инерционность фоторезистора характеризует постоянная времени τ, за которую фототок уменьшится в е раз после мгновенного затемнения фотосопротивления. Инерционность фоторезистора сказывается, когда на него падает модулированный световой поток. При этом с увеличением частоты модуляции сила фототока будет снижаться. Постоянная времени фоторезистора достигает величины 10^-7 с (для сернисто-свинцовых фоторезисторов). Наиболее инерционны сернисто-кадмиевые фоторезисторы. С увеличением освещенности и температуры постоянная времени уменьшается. Для фоторезисторов характерно, что фронт и спад фототока могут существенно отличаться.

Тепловые свойства фоторезистора определяет температурный коэффициент фототока (ТКФ), выраженным в % / ^оС. Величина ТКФ определяется из температурной зависимости фототока при определенном напряжении и освещенности.

К максимально допустимым режимам фоторезистора относится: U_мах — максимальное рабочее напряжение, при котором не происходит необратимых изменений в структуре фоторезистора; P_мах — максимальная мощность рассеяния, при которой фоторезистор остается работоспособным в течение гарантированного срока службы. Превышение мощности рассеяния приводит к превышению допустимой температуры и необратимым изменениям свойств фоторезисторов. С увеличением температуры окружающей среды максимально допустимая мощность снижается по линейному закону.

Фоторезисторам свойственен процесс старения. Он заключается в постепенном уменьшении омического сопротивления, изменении фототока и росте чувствительности. Процесс этот продолжается в течение нескольких сотен часов, после чего его параметры стабилизируются.

Рассмотрим устройство фоторезистора (рис.7.1.4). На диэлектрическую подложку из стекла, слюды, керамики 1 наносится слой металла — золота, серебра или платины. В металлическом слое прорезают щель для разделения на два электрически изолированных электрода 2. Затем на поверхность металла наносится слой полупроводника 3. Для защиты от внешних воздействий фотоэлемент покрывают слоем лака или эпоксидной смолы 4, пропускающим свет лишь нужной области спектра, и монтируют в металлический или пластмассовый корпус, который оборудован штырьками или гибкими выводами для включения в схему. Для проникновения света корпус имеет окошечко, расположенное над полупроводниковым слоем. Для использования в микросхемах, а также для случаев, когда предъявляются особые требования к габаритам аппаратуры, фоторезисторы выпускают в бескорпусном исполнении. Конструкции фоторезистора обеспечивают включение в цепь с помощью прижимных контактов (ФС-К0), посредством включения в обычную панель (ФС-К1), посредством пайки (ФС-К7), например, для включения в мостовую схему. Фоторезисторы, предназначенные для применения в условиях повышенной влажности, имеют герметичный корпус.

Материалом для фоторезисторов служат сульфид свинца, соединения сернистого кадмия, висмута и т.п., обладающие свойствами полупроводников. Слой полупроводника должен быть тонким, чтобы относительное изменение проводимости было как можно большим. Это объясняется тем, что увеличение проводимости происходит лишь в приповерхностных слоях, где происходит поглощение света, и на расстоянии не более диффузионной длины носителей, куда диффундируют освободившиеся носители заряда. Полупроводниковый слой фоторезистора получается методом испарения в вакууме, прессования и спекания из полупроводникового порошка тонких пластинок, химическим охлаждением, изготовлением пластин из монокристалла. После осаждения полупроводниковая пластинка обжигается в воздухе или какой-либо другой атмосфере, содержащей кислород. Эта обработка оказывает большое влияние на характеристики фотоэлемента. От природы и характера термообработки зависит спектральная чувствительность фотоэлемента. Для работы в инфракрасной области спектра предназначены фоторезисторы типа ФСА и ФСД, а для работы в области видимого света ФСК. Если фоторезисторы необходимо устанавливать вблизи источника света, тогда используются фоторезисторы, на полупроводниковый слой которых падает лишь отраженный свет. Обозначение фоторезисторов состоит из букв ФС и СФ (фотосопротивление), за которыми следует буква или цифра, характеризующие состав материала полупроводника и конструктивное оформление (А — PbS, K — CdS, Г — герметизированная конструкция).

Благодаря простоте и надежности, высокой чувствительности и малым размерам фоторезисторы находят широкое и разнообразное применение в самых различных областях техники. Они могут использоваться в качестве фотоэлектрических преобразователей, измерительных устройств, фотоэлектрических реле и регуляторов. Некоторые фоторезисторы (ФК-К0, ФС-К1, ФС-К6) обладают большой допустимой мощностью рассеяния (порядка 10 — 30 Вт) и имеют высокое рабочее напряжение (свыше 100 Вольт). Широкое применение нашли фоторезисторы в измерительных фотоэлектрических устройствах, предназначенных для измерения интенсивности и спектрального состава излучений, для измерения различных оптических характеристик (коэффициентов отражения, преломления, оптической плотности), для измерения деформаций, автоматического взвешивания в поточной линии и др.

Можно отметить еще одну область применения фоторезисторов –фотоэлектрические преобразователи в телевизионных передающих трубках, фотоэлектролюминисцентные усилители оптических изображений, фотокомпенсационные узлы усилителей и стабилизаторов постоянного тока и др.

К числу преимуществ фоторезисторов можно отнести высокую интегральную чувствительность, превышающую чувствительность некоторых вакуумных фотоэлементов в 10⁵ раз, значительная мощность рассеяния, благодаря чему можно управлять электрической цепью мощностью в несколько ватт, малые размеры и вес, большой срок службы, высокую стабильность свойств, простоту технологии их изготовления.

Недостатками фоторезисторов являются инерционность, температурная зависимость, ограничивающая эксплуатацию фоторезисторов в широких интервалах температур, нелинейная зависимость фототока от интенсивности облучения, значительный разброс параметров у фоторезисторов одного и того же типа.

Фоторезисторы Конструкция и схема включения фоторезистора

Фоторезисторами называют полупроводниковые приборы, проводимость которых меняется под действием света.

Монокристаллический фоторезистор

Рис. 2.2. Монокристаллический фоторезистор

 

Пленочный фоторезистор

Рис. 2.3. Пленочный фоторезистор

Рис. 2.4. Включение фоторезистора в цепь постоянного тока

Конструкция монокристаллического и пленочного фоторезисторов показана на рис. 2.2, 2.3. Основным элементом фоторезистора является в первом случае монокристалл, а во втором — тонкая пленка полупроводникового материала.

Если фоторезистор включен последовательно с источником напряжения (рис. 2.4) и не освещен, то в его цепи будет протекать темновой ток:

где Е — ЭДС источника питания;

R_T — величина электрического сопротивления фоторезистора в темноте, называемая темновым сопротивлением;

R_H — сопротивление нагрузки.

При освещении фоторезистора энергия фотонов расходуется на перевод электронов в зону проводимости. Количество свободных электронно-дырочных пар возрастает, сопротивление фоторезистора падает, и через него течет световой ток, обусловленный формулой:

Разность между световым и темновым током дает значение тока 1ф, получившего название первичного фототока проводимости

Когда лучистый поток мал, первичный фототок проводимости практически безынерционен и изменяется прямо пропорционально величине лучистого потока, падающего на фоторезистор. По мере возрастания величины лучистого потока увеличивается число электронов проводимости. Двигаясь внутри вещества, электроны сталкиваются с атомами, ионизируют их и создают дополнительный поток электрических зарядов, получивший название вторичного фототока проводимости. Увеличение числа ионизированных атомов тормозит движение электронов проводимости. В результате этого изменения фототока запаздывают во времени относительно изменений светового потока, что определяет некоторую инерционность фоторезистора.

Основные характеристики фоторезисторов

Фоторезистор (от фото- и резистор), представляет собой полупроводниковый резистор, омическое сопротивление которого определяется степенью освещенности. В основе принципа действия фоторезисторов лежит явление фотопроводимости полупроводников. Фотопроводимость — увеличение электрической проводимости полупроводника под действием света. Причина фотопроводимости — увеличение концентрации носителей заряда — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Светочувствительный слой полупроводникового материала в таких сопротивлениях помещен между двумя токопроводящими электродами. Под воздействием светового потока электрическое сопротивление слоя меняется в несколько раз (у некоторых типов фотосопротивлений оно уменьшается на два-три порядка). В зависимости от применяемого слоя полупроводникового материала фотосопротивления подразделяются на сернисто-свинцовые, сернисто-кадмиевые, сернисто-висмутовые и поликристаллические селено-кадмиевые. Фотосопротивления обладают высокой чувствительностью, стабильностью, они экономичны и надежны в эксплуатации. В целом ряде случаев они с успехом заменяют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы.

Основные характеристики фотосопротивлений:

•        Рабочая площадь.

•        Темновое сопротивление (сопротивление в полной темноте), варьируется в обычных приборах от 1000 до 100000000 Ом.

•        Удельная чувствительность

где Ai — фототок, равный разности токов в темноте и на свету; Ф — световой поток; U — приложенное напряжение.

•        Предельное рабочее напряжение (как правило от 1 до 1000 В).

•        Среднее относительное изменение сопротивления в процентах (обычно лежит в пределах 10…99,9%):

где R_T и R_c — сопротивление в темноте и в освещенном состоянии соответственно.

•        Средняя кратность изменения сопротивления (как правило от 1 до 1000). Определяется соотношением: R_T/R_C.

Схема включения фоторезисторов показана на рис. 2.5.

При определенном освещении сопротивление фотоэлемента уменьшается, а, следовательно, сила тока в цепи возрастает, достигая значения, достаточного для работы какого-либо

Рис. 2.5. Электрическая схема включения фоторезистора

 

Рис. 2.6. ВАХ фоторезистора

устройства (схематично показано в виде некоторого сопротивления нагрузки). Полезный сигнал для дальнейшего усиления или управления другими устройствами снимают параллельно R_Harp.

Основными характеристиками фоторезисторов являются:

• Вольт-амперная (ВАХ), характеризующая зависимость фототока (при постоянном световом потоке Ф) или темнового тока от приложенного напряжения. Для фоторезисторов эта зависимость практически линейна (рис. 2.6). Закон Ома нарушается только при высоких напряжениях, приложенных к фоторезистору.

Световая (люкс-амперная), характеризующая зависимость фототока от падающего светового потока постоянного спектрального состава. Полупроводниковые фоторезисторы имеют нелинейную люкс-амперную характеристику (рис. 2.7). Наибольшая чувствительность получается при малых освещенностях. Это позволяет использовать фоторезисторы для измерения очень малых интенсивностей излучения. При увеличении освещенности световой ток растет примерно пропорционально корню квадратному из освещенности. Наклон люкс-амперной характеристики зависит от приложенного к фоторезистору напряжения.

Рис, 2.7. Зависимость тока от светового потока, падающего на рабочую поверхность фоторезистора

 

Рис. 2.8. Зависимость спектральной характеристики от материала фоторезистора

 

Рис. 2.9. Зависимость фототока фоторезистора от частотной модуляции светового потока

• Спектральная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него потока излучения постоянной мощности определенной длины волны. Спектральная характеристика определяется материалом, используемым для изготовления светочувствительного элемента. Сернисто-кад- миевые фоторезисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто-кадмиевые — в красной, а сернисто-свинцовые — в инфракрасной. Это хорошо демонстрирует рис. 2.8.

Частотная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него светового потока, изменяющегося с определенной частотой. Наличие инерционности у фоторезисторов приводит к тому, что величина их фототока зависит от частоты модуляции падающего на них светового потока — с увеличением частоты светового потока фототок уменьшается (см. рис. 2.9). Инерционность ограничивает возможности применения фоторезисторов при работе с переменными световыми потоками высокой частоты.

Параметры фоторезисторов

Рабочее напряжение U_p — постоянное напряжение, приложенное к фоторезистору, при котором обеспечиваются номинальные параметры при длительной его работе в заданных эксплуатационных условиях.

Максимально допустимое напряжение фоторезистора Umax — максимальное значение постоянного напряжения, приложенного к фоторезистору, при котором отклонение его параметров от номинальных значений не превышает указанных пределов при длительной работе в заданных эксплуатационных условиях.

Темновое сопротивление R_T — сопротивление фоторезистора в отсутствие падающего на него излучения в диапазоне его спектральной чувствительности.

Световое сопротивление R_c — сопротивление фоторезистора, измеренное через определенный интервал времени после начала воздействия излучения, создающего на нем освещенность заданного значения.

Кратность изменения сопротивления K_R — отношение тем- нового сопротивления фоторезистора к сопротивлению при определенном уровне освещенности (световому сопротивлению).

Допустимая мощность рассеяния — мощность, при которой не наступает необратимых изменений параметров фоторезистора в процессе его эксплуатации.

Общий ток фоторезистора — ток, состоящий из темнового тока и фототока.

Фототок — ток, протекающий через фоторезистор при указанном напряжении на нем, обусловленный только воздействием потока излучения с заданным спектральным распределением.

Удельная чувствительность — отношение фототока к произведению величины падающего на фоторезистор светового потока на приложенное к нему напряжение, мкА/(лм-В):

где 1ф — фототок, равный разности токов, протекающих по фоторезистору в темноте и при определенной (200 лк) освещенности, мкА;

Ф — падающий световой поток, лм; U — напряжение, приложенное к фоторезистору, В.

Интегральная чувствительность — произведение удельной чувствительности на предельное рабочее напряжение:

Постоянная времени т_ф — время, в течение которого фото- ток изменяется на 63%, т.е. в е раз. Постоянная времени характеризует инерционность прибора и влияет на вид его частотной характеристики.

Рис. 2.10. Иллюстрация нарастания и спада фототока в зависимости от освещенности фоторезистора

При включении и выключении света фототок возрастает до максимума (рис. 2.10) и спадает до минимума не мгновенно. Характер и длительность кривых нарастания и спада фототока во времени существенно зависят от механизма рекомбинации неравновесных носителей в данном материале, а также от величины интенсивности света. При малом уровне инжекции нарастание и спад фототока во времени можно представить экспонентами с постоянной времени т, равной времени жизни носителей в полупроводнике. В этом случае при включении света фототок будет нарастать и спадать во времени по закону:

где 1_ф — стационарное значение фототока при освещении.

По кривым спада фототока во времени можно определить время жизни т неравновесных носителей.

Изготовление фоторезисторов

В качестве материалов для фоторезисторов широко используются сульфиды, селениды и теллуриды различных элементов, а также соединения типа A_lMB_v. В инфракрасной области могут быть использованы фоторезисторы на основе PbS, PbSe, PbTe, InSb, в области видимого света и ближнего спектра ультрафиолета — CdS.

Применение фоторезисторов

Сегодня фоторезисторы широко применяются во многих отраслях науки и техники. Это объясняется их высокой чувствительностью, простотой конструкции, малыми габаритами и значительной допустимой мощностью рассеяния. Значительный интерес представляет использование фоторезисторов в опто- электронике. В радиолюбительских конструкциях фоторезисторы применяются как световые датчики в устройствах слежения и автоматики, автоматических и фотореле в быту, в охранных системах.

Регистрация оптического излучения

Для регистрации оптического излучения его световую энергию преобразуют в электрический сигнал, который затем измеряют обычным способом. При этом преобразовании обычно используют следующие физические явления:

•        генерацию подвижных носителей в твердотельных фотопрово- дящих детекторах;

•        изменение температуры термопар при поглощении излучения, приводящее к изменению термо-ЭДС;

•        эмиссию свободных электронов в результате фотоэлектрического эффекта с фоточувствительных пленок.

Наиболее важными типами оптических детекторов являются:

•        фотоумножитель;

•        полупроводниковый фоторезистор;

•        фотодиод;

•        лавинный фотодиод.

Полупроводниковый фотодетектор

Схема включения полупроводникового фотодетектора приведена на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Схема подключения полупроводникового фотоэлемента

Полупроводниковый кристалл последовательно соединен с резистором R и источником постоянного напряжения U. Оптическая волна, которую нужно зарегистрировать, падает на кристалл и поглощается им, возбуждая при этом электроны в зону проводимости (или в полупроводниках р-типа — дырки в валентную зону). Такое возбуждение приводит к уменьшению сопротивления R_d полупроводникового кристалла и, следовательно, к увеличению падения напряжения на сопротивлении R, которое при AR_d/Rd « 1 пропорционально плотности падающего потока. В качестве примера рассмотрим энергетические уровни одного из наиболее распространенных полупроводников — германия, легированного атомами ртути. Атомы Нд в германии являются акцепторами с энергией ионизации 0,09 эВ. Следовательно, для того чтобы поднять электрон с верхнего уровня валентной зоны и чтобы атом Нд (акцептор) сумел захватить его, необходим фотон с энергией не менее 0,09 эВ (т.е. фотон с длиной волны короче 14 мкм). Обычно кристалл германия содержит небольшое количество N_D донорных атомов, которым при низких температурах энергетически выгодно отдавать свои валентные электроны большому количеству N_A акцепторных атомов. При этом возникает равное количество положительно ионизированных донорных и отрицательно ионизированных акцепторных атомов. Так как концентрация акцепторов N_A » N_D, большинство атомов-акцепторов остается незаряженными.

Главным преимуществом полупроводниковых фотодетекторов по сравнению с фотоумножителями является их способность регистрировать длинноволновое излучение, поскольку создание подвижных носителей в них не связано с преодолением значительного поверхностного потенциального барьера.

Недостатком же их является небольшое усиление по току. Чтобы выходной импульс мог управлять различными электронными системами, его необходимо многократно усилить. Таким усилителем может быть одно-двухкаскадный транзисторный усилитель или операционный усилитель. Чтобы фотовозбуждение носителей не маскировалось тепловым возбуждением, полупроводниковые фотодетекторы не должны эксплуатироваться в средах с высокими температурами, иначе их необходимо охлаждать.

Фоторезисторы. Виды и работа. Применение и особенности

Фоторезисторы — это резисторы, у которых меняется сопротивление в зависимости от действия света на светочувствительную поверхность. Сопротивление не зависит от величины напряжения, в отличие от обычного резистора.

В основном фотосопротивления применяются для индикации или отсутствия света. В полной темноте сопротивление фоторезистора имеет большую величину, достигающую иногда до 1 мегаома. При воздействии на датчик (чувствительную часть фоторезистора) светового потока, его сопротивление в значительной степени снижается, и зависит от интенсивности освещенности. Величина сопротивления при этом может упасть до нескольких Ом.

Длина световой волны оказывает влияние на чувствительность фотосопротивления. Они применяются в различных устройствах, но не являются такими популярными, как фототранзисторы и фотодиоды. В некоторых зарубежных странах запрещено применение фотосопротивлений, так как в них содержится кадмий или свинец, вредные по экологическим требованиям.

Быстродействие фоторезисторов незначительное, поэтому они действуют только на низких частотах. В новых конструкциях устройств фоторезисторы редко применяются. Их можно встретить в основном при ремонте старых устройств.

Для проверки фотосопротивления к нему подключают мультитестер. Без света его значение сопротивления должно быть значительным, а при его освещении оно сильно падает.

 

Виды и принцип действия

По материалам изготовления фоторезисторы делятся на виды:

• С внутренним фотоэффектом.
• С внешним фотоэффектом.

При изготовлении фотосопротивлений с внутренним фотоэффектом применяют нелегированные вещества: германий или кремний.

При попадании на чувствительную часть фотоны воздействуют на электроны и заставляют их двигаться в зону проводимости. В итоге в материале возникает значительное число электронов, вследствие чего повышается электропроводность, а значит и снижается сопротивление.

Фоторезисторы с возникновением внешнего фотоэффекта изготавливают из смешанных материалов, в которые входят легирующие добавки. Эти вещества создают обновленную энергетическую зону сверху валентной зоны, насыщенной электронами, нуждающимися в меньшем количестве энергии для осуществления перехода в проводимую зону, с помощью энергетической щели малого размера. В результате фотосопротивление становится чувствительным к разной длине световой волны.

Несмотря на вышеописанные особенности этих видов, оба вида снижают сопротивление при освещении. При повышении интенсивности освещения снижается сопротивление. Поэтому, получается обратная зависимость сопротивления от света, причем нелинейная.

На электрических схемах фотосопротивления обозначаются:

 

Чувствительность и длина световой волны

Длина волны света оказывает влияние на чувствительность фотосопротивления. Если величина длины световой волны выходит за пределы диапазона работы, то освещенность уже не оказывает влияния на такой резистор, и он становится нечувствительным в этом интервале длин световых волн.

Разные материалы обладают различными спектральными графиками отклика волны. Фотосопротивления с внешней зависимостью чаще всего используются для значительной длины волны, с приближением к инфракрасному излучению. При эксплуатации светового резистора в этом диапазоне следует быть осторожным, во избежание чрезмерного нагрева, который влияет на показания измерения сопротивления в зависимости от степени нагревания.

Чувствительность фотосопротивления

Фоторезисторы обладают меньшей чувствительностью, по сравнению с фототранзисторами и фотодиодами, которые являются полупроводниковыми приборами, с управлением заряженными частицами от светового луча, посредством р-n перехода. У фотосопротивлений нет полупроводникового перехода.

При нахождении интенсивности света в стабильном диапазоне, сопротивление фоторезистора может все равно меняться в значительной степени из-за изменения величины температуры, так как она также оказывает большое влияние на сопротивление. Это свойство не позволяет использовать фоторезистор для измерения точной интенсивности света.

Инертность

Еще одним уникальным свойством обладает фотосопротивление. Оно состоит в том, что существует время задержки между изменением сопротивления и освещения, что называется инертностью прибора.

Для значительного падения сопротивления от воздействия луча света необходимо затратить время, равное около 10 миллисекунд. При обратном действии для восстановления значения сопротивления понадобится около 1 секунды.

Благодаря этому свойству такой резистор не применяется в устройствах с необходимостью учета резких скачков освещенности.

Свойства и конструктивные особенности

Фотопроводность впервые обнаружили у элемента Селена. Затем были найдены и другие материалы с подобными свойствами. Фоторезисторы из сульфида кадмия являются наиболее популярными и имеют обозначение СDS-фоторезистора. Сегодня фотосопротивления производятся и из антимонида индия, сульфида свинца, селенида свинца.

Для производства фотосопротивлений из сульфида кадмия, порошок высокой степени очистки смешивают с веществами инертного действия. Далее, смесь спрессовывают и спекают.

На основание с электродами в вакууме напыляют светочувствительный слой в форме извилистой дорожки. Далее, это напыленное основание размещают в пластиковую или стеклянную оболочку, во избежание предотвращения попадания пыли и грязи на чувствительный элемент.

Спектральный график отклика чувствительного сульфида кадмия сочетается с временем отклика глаза человека. Длина волны света наибольшей чувствительности равна 600 нанометров. Это соответствует видимому спектру. Устройства с содержанием кадмия или свинца запрещены во многих зарубежных странах.

Сфера использования фоторезисторов

Такой вид светочувствительных сопротивлений применяется в виде датчиков света, если необходимо определять отсутствие или наличие света, либо фиксацию значения интенсивности освещения. Таким примером служит автоматическая система включения освещения улиц, а также работа фотоэкспонометра.

Световое реле для освещения улиц

В виде примера на схеме изображено уличное фотореле освещения. Эта система включает освещение улиц в автоматическом режиме, при наступлении темного времени суток, и отключает его при наступлении светлого времени. Такую схему можно применять для любых автоматических систем освещения.

При падении луча света на фоторезистор, его сопротивление снижается, становится значительным падение напряжения на переменном сопротивлении R2, транзистор VТ1 открывается. Коллектор этого транзистора соединен с базой VТ2 транзистора, который в это время закрыт, и реле отключено. При наступлении темноты сопротивление фоторезистора повышается, напряжение на переменном сопротивлении снижается, а транзистор VТ1 закрывается. Транзистор VТ2 открывается и выдает напряжение на реле, подключающее лампу освещения.

Похожие темы:

Фотосопротивление и его характеристики

Содержание

• 1 На энергетических схемах двойной штриховкой показана заполненная энергетическая зона, в которой находятся валентные электроны атомов твёрдого тела; одинарной штриховкой показана зона проводимости, в которой нет электронов, если атомы тела находятся в невозбуждённом состоянии. Между этими двумя зонами находится запрещенная зона, в которой у твёрдого тела, не имеющего примесей, нет электронов. Именно энергетическая ширина Е запрещенной зоны определяет собой различия между тремя классами твердого тела. У проводников Е = 0, и каждый электрон заполненной зоны, повысив свою энергию на сколь угодно малую величину, может перейти на близлежащий свободный электронный уровень; следовательно, каждый электрон может взять энергию от электрического поля и принять участие в общем направленном потоке заряженных частиц, т.е. электрическом токе. У изоляторов
• 2 Е = 5 эв и больше, т.е. Е столь велика, что ни один электрон заполненной зоны не может перейти в свободную зону проводимости ни под действием электрических полей обычной напряжённости, ни под действием видимого света, ни, тем более, под действием теплового движения при температурах, близких к комнатной. У полупроводников Е = 0,5 – 5 эв и хотя здесь электроны и не могут под действием только электрического поля обычной напряженности перейти из заполненной зоны в зону проводимости, но под действием видимого света и теплового движения при комнатных температурах этот переход становится возможным. Электроны, перешедшие в зону проводимости, могут брать сколь угодно малые порции энергии от электрического поля, т.к. в зоне имеется много уровней, свободных от электронов. Полупроводники только при температуре абсолютного нуля в полной темноте не проводят электрического тока, потому что в этих условиях в их заполненной зоне нет ни одного свободного уровня, а в зоне проводимости нет ни одного электрона. В качестве фотосопротивлений используются такие проводники, энергетическая ширина запрещенной зоны – Ε которых близка к энергии квантов видимого света. При освещении сопротивление таких полупроводников уменьшается. Интегральная чувствительность фотосопротивлений определяется величиной фототока, приходящегося на единицу светового потока: к = ( )

Фотосопротивление, или фоторезистор – это полупроводниковый прибор, уменьшающий свое электрическое сопротивление под действием лучистого потока. Он изготавливается следующим образом. На изолирующую подложку наносится тонкий слой полупроводника, обычно методом испарения в вакууме. Затем по краям этого слоя также испарением в вакууме наносятся металлические электроды. Пластинка помещается в эбонитовую или пластмассовую оправку с окошком. Электроды соединяются с двумя выводными клеммами, с помощью которых фотосопротивление включается в цепь последовательно с источником напряжения (рисунок 73.3). Для предохранения от влияния воздуха фоточувствительная поверхность покрывается тонкой пленкой лака такого сорта, чтобы лаковая пленка обладала прозрачностью в той области спектра, которую «чувствует» данное фотосопротивление.

Другой распространенный способ создания фоточувствительного слоя состоит в том, что полупроводниковое вещество измельчается в мелкий порошок, из которого выпрессовывается тонкие таблетки, которые подвергаются спеканию. Затем на них наносят токовые электроды и помещают в пластмассовую оправку с окошком. Иногда фотосопротивления изготавливаются из монокристалла фотоактивного полупроводникового вещества.

1 – изолирующая подложка; 2 – п/п слой; 3 – металлические электроды.

Когда фотосопротивление, включенное в цепь с источником напряжения, затемнено, то в цепи, а следовательно, и в фотосопротивлении течет ток , определяемый электрическим сопротивлением фоторезистора и приложенной к нему разностью потенциалов. Этот ток называют темновым. При падении на поверхность фотосопротивления лучистого потока интенсивностью ток возрастает, достигая значения (это возрастание идет не по линейному, а по более сложному закону). Разность между световым и темновым током и дает значение фототока:

т.е. тока, который образуется из освобожденных излучением носителей заряда. Величина , измеренная при определенных условиях, является важной характеристикой фотосопротивления.

Каждое сопротивление характеризуется рядом параметров, определяющих не только его свойства, но и пределы применимости. Важнейшими характеристиками фотосопротивлений являются:

1)вольтамперная характеристика, выражающая зависимость фототока от напряжения при постоянном световом потоке

при .

У большинства фотосопротивлений эта зависимость линейна и проходит через начало координат;

2) Световая характеристика, выражает зависимость фототока от величины светового потока при постоянном напряжении

при

— эта характеристика, как правило, нелинейная;

3) Удельная интегральная чувствительность – отношение фототока к величине светового потока при величине внешнего напряжения, приложенного к фотосопротивлению, равной 1В:

(мкА/лмВ)

4) Спектральная чувствительность – характеризует величину фототока от действия единицы лучистого потока определенной длины волны. Эта характеристика отражает тот факт, что фотосопротивление не в одинаковой мере чувствует излучение различных длин волн, рисунок 73.4 иллюстрирует это явление. На этом же рисунке показана зависимость фоточувствительности от длины волны (вообще говоря, максимум фоточувствительности приходится на край поглощения). На рисунке 73.5 показаны спектральные характеристики для различных фотосопротивлений.

Рисунок 73.4 Рисунок73.5

5) Постоянная времени – время, в течении которого фототок после прекращения освещения уменьшается в раз. Эта характеристика позволяет оценить степень инерционности фотосопротивления, т.к. после прекращения освещения избыточные носители не мгновенно, а в течении некоторого времени рекомбинируют друг с другом до тех пор, пока не установиться концентрация свободных носителей заряда, характерная для неосвещенного полупроводника (темновая концентрация ).

6) Частотная характеристика – также отражает инерционные свойства фотосопротивлений. Фотоэлектрическая инерционность приводит к тому, что когда на поверхность полупроводника падает переменный световой поток (модулированный свет ), то сила фототока зависит от частоты модуляции.

7) Пороговая чувствительность – минимальная величина светового потока, способного вызвать электрический сигнал, в 2-3 раза превышающий напряжение шума прибора.

Темновое сопротивление – сопротивление неосвещенного образца.

9) Номинальное напряжение – напряжение, при котором, рекомендуется использовать данное фотосопротивление.

В качестве материала для изготовления фотосопротивлений используется не любые полупроводниковые вещества, а только те из них, в которых фотопроводимость реально ощутима. К таким веществам относятся Se, Te, S, PbS, , CdS, PbTe, PbSe, CdS и др.

Фотосопротивления нашли широкое практическое применение в различных схемах измерения, автоматически и контроля.

По сравнению с вакуумными фотоэлементами с внешним фотоэффектом фотосопротивления имеют ряд преимуществ: значительно большую интегральную чувствительность, хорошие спектральные характеристики, высокую стабильность свойств, большой срок службы, малые габариты, простоту технологий изготовления. К недостаткам фотосопротивлений относятся их инерционность, отсутствие прямой пропорциональности между силой фототока и интенсивностью освещения, температурная значимость.

Дата добавления: 2015-02-10 ; просмотров: 8408 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Суть внутреннего фотоэлектрического эффекта состоит в том, что в результате поглощения света в объёме вещества появляются дополнительные носители тока (электроны), благодаря чему электрическая проводимость вещества увеличивается, а сопротивление, следовательно, уменьшается. Это явление и было положено в основу изготовления фотосопротивлений. Ниже приводится описание конструкций, свойств и области применения некоторых типов фотосопротивлений, выпускаемых нашей промышленностью.

Фотосопротивления имеют типовые обозначения: ФС-А1. ФС-А4, ФС-БО, ФС-Б2 и ФС-К0, ФМ-К1 и ФС-К2. Буквы ФС сокращенно обозначают фотосопротивление; А, Б, К — определяют тип фотосопротивления; цифры характеризуют конструктивное оформление.

Конструкция

Фотосопротивление состоит из светочувствительного слоя полупроводника толщиной около 1 микрона, нанесённого на стеклянную пластину. На поверхность полупроводника нанесены токонесущие электроды, обычно выполняемые из золота. Конструкция и схема включения фотосопротивления изображены на рис. 1.

Размеры светочувствительной площади фотосопротивлений весьма малы, благодаря чему габаритные размеры промышленных типов фотосопротивлений незначительны. Обычно чувствительный к свету элемент монтируется в пластмассовый корпус с электродами, рассчитанными на включение в специальную панель.

Светочувствительная поверхность фотосопротивлений заливается толстым слоем прозрачного лака.

На рис. 2 изображены конструкции промышленных типов фотосопротивлений, а в табл. 1 приводятся данные о размерах их светочувствительной поверхности и омическом сопротивлении.

Тип фотосопротивления	Рабочая площадь, мм 2	Темновое сопротивление, Ом
ФС-А1	4х7	10 4 -10 5
ФС-Б2	11х11	10 5 -10 7
ФС-К1	4х7,2	≥ 10 7
ФС-К2	4х7,2	≥ 10 6

Вольтамперная характеристика. На рис. 3 изображена типичная для всех фотосопротивлений вольтамперная характеристика.

Мерой чувствительности фотосопротивлений является разность токов в темноте и на свету (фототок), отнесённая к величине светового потока. Как видно из рис. 3, фототок у фотосопротивлений не имеет насыщения, благодаря чему у них чувствительность пропорциональна приложенному напряжению. В связи с этим для характеристики качества фотосопротивлений введена удельная чувствительность, представляющая собой чувствительность в микроамперах на люмен, отнесенная к одному вольту приложенного напряжения.

Световая характеристика. Зависимость фототока от интенсивности освещения у фотосопротивлений имеет нелинейный характер. Максимальная крутизна, а следовательно, и чувствительность лежит в области малой освещенности, по мере же увеличения интенсивности освещения чувствительность падает.

Нелинейность световой характеристики фотосопротивлений нежелательна, и её стремятся устранить. Для суждения о величине нелинейности наиболее чувствительных фотосопротивлений на рис. 4 приведены световые характеристики ФС-К1 и ФС-К2, снятые в широком интервале освещённостей.

При необходимости величину светового потока или освещенность можно легко определить по следующей формуле:

где S — площадь светочувствительного слоя ФС в см 2 , L — освещённость в люксах.

Чувствительность. Удельная чувствительность фотосопротивлений весьма велика. Максимальную чувствительность определяет допустимое предельное рабочее напряжение, которое для различных фотосопротивлений различно.

Наиболее чувствительными в настоящее время являются фотосопротивления типа ФС-КВ, у которых чувствительность достигает 1200000 микроампер на люмен. Для сравнения можно указать, что чувствительность вакуумных фотоэлементов типа СЦВ равна всего 100 мкА/лм.

Следует подчеркнуть, что для фотосопротивлений типа ФС-А1 отнесение чувствительности к люменам является условным, поскольку их спектральная чувствительность лежит в невидимой инфракрасной области спектра.

Данные об удельной чувствительности, относительном изменении сопротивления получены при освещённости 200 люкс для ФС-А1 и ФС-Б2 и освещенности 100 люкс для ФС-К1 и ФС-К2.

Мощность рассеивания. Последние типы фотосопротивлений — ФС-К0, ФС-К1 и ФС-К2 — отличаются не только высокой чувствительностью, но и значительной мощностью рассеивания. Так, например, в импульсном режиме со временем импульса, не превышающим 3 сек., при напряжении 100 В эти фотосопротивления допускают фототоки до 20-25 мА.

Величины допустимых мощностей рассеивания для фотосопротивлений типа ФС-КО, ФС-К1 и ФС-К2 приведены в табл. 2.

Режим работы

Допустимая мощность рассеивания, Вт

ФС-К0ФС-К1ФС-К2Постоянная нагрузка0,20,10,15Импульсная нагрузка, со скважностью 1:102,52,52,5

Спектральная чувствительность. Чувствительность фотосопротивлений к различным участкам спектра различна. Как это видно из рис. 5, фотосопротивления имеют различную чувствительность в видимой области спектра. Кривая 1 для фотосопротивлений типа ФС-А1, кривая 2 = ФС-Б2, кривая 3 = ФС-К1, кривая 4 = ФС-К2. Фотосопротивления типа ФСК-M1 обладают чувствительностью не только в видимой области спектра, но и захватывают область рентгеновского излучения и даже гамма-лучей. Существуют также фотосопротивления, обладающие чувствительностью в области более длинных волн (до 6,5 микрон). При такой чувствительности фотосопротивления способны «чувствовать» инфракрасное излучение человека.

Инерционность. Все фотосопротивления отличаются относительно высокой инерционностью, которая проявляется в том, что при освещении фототок в фотосопротивлениях не сразу достигает своего конечного значения (см. рис. 6).

При прекращении освещения ток достигает своего первоначального значения также не мгновенно, а по истечении определенного времени. Характерным является то, что процесс нарастания фототока протекает быстрее, чем процесс спадания. Принимая ход спадания следующим по экспотенциальному закону, за меру инерционности приняли время, в течение которого фототок уменьшается в е раз (е = 2,7). Это время получило название «постоянной времени», которая у различных фотосопротивлений различна и может зависеть, кроме того, от интенсивности света. Особенно сильно это обстоятельство выражено у фотосопротивлений типа ФС-К, у которых с уменьшением количества света постоянная времени растёт и при 10 -8 люмена может достигнуть нескольких минут.

Тип фотосопротивления	Постоянная времени, сек.
ФС-А1	4*10 -5
ФС-Б2	1*10 -3
ФС-К1	20*10 -3
ФС-К2	30*10 -3

В табл. 3 приведены величины постоянной времени для промышленных типов фотосопротивлений, а на рис. 7 — их частотные характеристики при модуляции светового потока до 10000 Гц.

Фотосопротивления весьма стабильны в работе. Характер их поведения под непрерывной нагрузкой изображён на рис. 8. Их свойства остаются неизменными и при длительном хранении, а также при работе в условиях до 80% относительной влажности.

Основными областями применения фотоэлементов являются звуковое кино и фотоэлектрическая автоматика.

Применение фотосопротивлений в звуковом кино весьма ограничено. Так, для этой цели могут быть использованы только фотосопротивления типа ФС-А. Как показал опыт, снижение отдачи у них на частотах модуляции света больше 1000 Гц может быть легко скомпенсировано.

К достоинствам ФС при применении их в звуковом кино следует отнести большую чувствительность, или отдачу, и полное исключение всех помех на входе усилителя. Последнее связано с малой величиной сопротивления ФС.

Основным недостатком их является различная чувствительность по спектру, благодаря чему снижается отдача при чтении звука на цветной фонограмме. При чёрно-белой фонограмме этот недостаток отсутствует.

На рис. 9 и 10 приведены нагрузочные характеристики, полученные экспериментально при определении величины полезного сигнала в статическом режиме для фотосопротивлений типа ФС-А1 и ФС-К1. Величина полезного сигнала у ФС-К1 на сопротивлении нагрузки 1 МОм почти равна питающему напряжению. Заметим, что это имеет место при освещенности всего 110 люкс. При больших интенсивностях света кривая рис. 10 будет смещаться так, как это показано пунктиром.

На рис. 11 изображена зависимость величины полезного сигнала от освещения. По этим данным можно судить о величине могущих возникнуть нелинейных искажений из-за непропорциональности между фототоком и световым потоком.

В области фотоэлектрической автоматики применение фотосопротивлений ограничивается их инерционностью и зависимостью от температуры.

Использование фотосопротивлений в различных схемах фотореле открывает новые, дополнительные возможности для развития фотоэлектронной автоматики. Достоинствами фотосопротивлений здесь следует считать высокую чувствительность и малые размеры, позволяющие помещать их в труднодоступные для других фотоэлементов места, например под стрелку измерительного прибора. Сравнительно невысокое сопротивление допускает значительные расстояния между приёмниками света и исполнительным устройством без применения экранированных или специальных малоёмкостных кабелей.

Схема фотореле с фотосопротивлениями может принципиально не отличаться от таковых с применением вакуумных фотоэлементов. При фотосопротивлениях лишь нужно компенсировать напряжение смещения, возникающее вследствие наличия сопротивления, лежащего, например, для ФСА в пределах 10 4 -10 5 Ом.

На рис, 12 и 13 приведены схемы автоматических устройств с применением фотосопротивлений, предложенных Л. С. Генкиным.

Первый автомат предназначен для счета деталей различных размеров. Отличительной чертой его является использование одной лампы для работы двух электромагнитных реле.

Второй автомат предназначен для поддержания в бункере машины необходимого уровня материала.

С появлением фотосопротивлений ФС-К1 и ФС-К2 оказалось возможным осуществить схему фотореле для постоянного тока, состоящую всего из двух деталей: фотосопротивления и электромагнитного реле. Схема такого фотореле для переменного тока изображена на рис. 14. Отметим, что данная схема допускает параллельное включение нескольких фотосопротивлений.

Полупроводниковые фотосопротивления благодаря своей высокой чувствительности, стабильности в работе и малым размерам находят всё большее применение в промышленной автоматике и приборостроении. Так, на их основе созданы фотокопировальные станки; автоматы контроля температуры при горячем прокате металлов; блокировочные устройства в сортировочных автоматах для шарикоподшипниковой промышленности и контроль поверхности шариков; блокировка турбин на погасание факела; контроль задымлённости газов на теплоцентралях; автоматы для полиграфической промышленности.

Помимо этого, на основе фотосопротивлений создаются фотоэлектрические усилители, аппаратура для медицинских целей, читающие машины для слепых, аппаратура для контроля ряда неэлектрических величин и других автоматических устройств.

Страницы работы

Содержание работы

Лабораторная работа №51

Изучение характеристик фотосопротивлений.

Приборы и принадлежности: Измерительная установка в собранном виде, два выпрямителя на 12 вольт для питания фотосопротивления и осветительной лампы.

Целью работы является снятие световых и вольтамперных характеристик фотосопротивлений типа ФСК, одного из наиболее часто употребляемых в автоматике. На рис.1 представлена измерительная установка.

Рис.1. Схема измерительной установки

Осветитель и фотосопротивление установки смонтированы на оптической скамье и помещены в светонепроницаемый кожух. Осветителем служит лампа с силой света 21 кд. Световой поток, посылаемый лампой на фотосопротивление, можно вычислить по формуле:

где L — сила света источника,

ΔW — телесный угол, который в данной установке равен:

ΔW= .

Окончательно: Ф = SL / 2 ,

где S — активная площадь

фотосопротивления, равная для данной установки –6 м 2 ,

— расстояние между нитью лампы и окном фотосопротивления, измеряемое при каждом эксперименте по линейке, закрепленной на оптической скамье,

L — сила света лампы (21 кд в данной установке). Исследуемое фотосопротивление имеет темновое сопротивление 28 · 10 5 Ом и рабочее напряжение 2,8 В. Фотосопротивления относятся к классу полупроводников, т.е. их удельное сопротивление больше, чем у проводников (порядка 10 -7 Ом · м) и меньше, чем у изоляторов (порядка 10 12 Ом · м). Такие широкие различия по сопротивлению у трех групп твердых тел объясняет зонная теория твёрдого тела. На рис.2 представлены энергетические схемы трёх групп.

Рис.2. Энергетические схемы: а) проводников, б) полупроводников,

На энергетических схемах двойной штриховкой показана заполненная энергетическая зона, в которой находятся валентные электроны атомов твёрдого тела; одинарной штриховкой показана зона проводимости, в которой нет электронов, если атомы тела находятся в невозбуждённом состоянии. Между этими двумя зонами находится запрещенная зона, в которой у твёрдого тела, не имеющего примесей, нет электронов. Именно энергетическая ширина Е запрещенной зоны определяет собой различия между тремя классами твердого тела. У проводников Е = 0, и каждый электрон заполненной зоны, повысив свою энергию на сколь угодно малую величину, может перейти на близлежащий свободный электронный уровень; следовательно, каждый электрон может взять энергию от электрического поля и принять участие в общем направленном потоке заряженных частиц, т.е. электрическом токе. У изоляторов

Е = 5 эв и больше, т.е. Е столь велика, что ни один электрон заполненной зоны не может перейти в свободную зону проводимости ни под действием электрических полей обычной напряжённости, ни под действием видимого света, ни, тем более, под действием теплового движения при температурах, близких к комнатной. У полупроводников Е = 0,5 – 5 эв и хотя здесь электроны и не могут под действием только электрического поля обычной напряженности перейти из заполненной зоны в зону проводимости, но под действием видимого света и теплового движения при комнатных температурах этот переход становится возможным. Электроны, перешедшие в зону проводимости, могут брать сколь угодно малые порции энергии от электрического поля, т.к. в зоне имеется много уровней, свободных от электронов. Полупроводники только при температуре абсолютного нуля в полной темноте не проводят электрического тока, потому что в этих условиях в их заполненной зоне нет ни одного свободного уровня, а в зоне проводимости нет ни одного электрона. В качестве фотосопротивлений используются такие проводники, энергетическая ширина запрещенной зоны – Ε которых близка к энергии квантов видимого света. При освещении сопротивление таких полупроводников уменьшается. Интегральная чувствительность фотосопротивлений определяется величиной фототока, приходящегося на единицу светового потока: к = ()

Электрический ток в фотосопротивлениях при напряжениях, близких к рабочему, подчиняется закону Ома и поэтому их интегральная чувствительность будет зависеть от приложенного напряжения.

=10см

=15см

=20см

=26см

Удельная интегральная чувствительность — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Удельная интегральная чувствительность

Cтраница 1

Удельная интегральная чувствительность зависит от температуры: с повышением температуры она уменьшается.  [1]

Удельная интегральная чувствительность фоторезисторов в значительной степени зависит от температуры окружающей среды, увеличиваясь с уменьшением температуры. Происходит это в результате уменьшения равновесной концентрации носителей заряда ( электронов и дырок) и увеличения времени жизни неравновесных носителей, возникающих при освещении. Поэтому при уменьшении температуры возрастает величина фототока и соответственно величина удельной интегральной чувствительности. Когда необходимо повысить чувствительность, часто применяют охлаждение фоторезисторов.  [2]

Удельные интегральные чувствительности различных фоторезисторов составляют от 1 до 600 мА / В-лм.  [3]

При определении удельной интегральной чувствительности освещение фоторезисторов принято производить вольфрамовой лампой, нить которой накалена до температуры 2840 К. Это обеспечивает постоянство спектрального состава лучистой энергии и дает возможность сравнивать различные фоторезисторы по удельной интегральной чувствительности.  [4]

В данной работе определяется удельная интегральная чувствительность фотосопротивления и снимается его вольт-амперная характеристика.  [5]

Выпускаемые отечественной промышленностью фоторезисторы имеют удельную интегральную чувствительность 0 5 — 20 мСм / лм. Рабочее напряжение у них лежит в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен вольт. Таким образом, фоторезисторы существенно превосходят по токовой интегральной чувствительности электровакуумные фотоэлементы.  [6]

До последнего времени считалось, что сернисто-кадмне-вые фоторезисторы, несмотря на высокую удельную и интегральную чувствительность, не пригодны для индикации слабых световых потоков. Препятствием служит наличие у них больших шумов, определяющих пороговую чувствительность.  [7]

Фоторезистор можно также характеризовать полной или максимальной интегральной чувствительностью, которая равна удельной интегральной чувствительности, умноженной на максимальное для данного фоторезистора рабочее напряжение.  [8]

Фоторезистор может также характеризоваться полной или максимальной интегральной чувствительностью / Стах, которая равна удельной интегральной чувствительности, умноженной на максимальное для данного фоторезистора рабочее напряжение. Иногда чувствительность фоторезисторов характеризуют отношением темно-вого сопротивления к сопротивлению при освещении.  [9]

Чувствительность называют интегральной, потому что измеряют ее при освещении фоторезистора светом сложного спектрального состава. Удельную интегральную чувствительность принято измерять при освещенности 200 лк источником света с цветовой температурой 2840 К. При других же освещенностях значения удельной интегральной чувствительности будут другими, так как световые характеристики фоторезисторов нелинейны. Определенная величина цветовой температуры источника света необходима для постоянства спектрального состава света, при котором измеряются параметры фоторезисторов.  [10]

Чувствительность называют удельной, так как — это отношение интегральной чувствительности ф иит к одному вольту приложенного напряжения. Измеряют удельную интегральную чувствительность при освещенности Е 200 лк.  [11]

При определении удельной интегральной чувствительности освещение фоторезисторов принято производить вольфрамовой лампой, нить которой накалена до температуры 2840 К. Это обеспечивает постоянство спектрального состава лучистой энергии и дает возможность сравнивать различные фоторезисторы по удельной интегральной чувствительности.  [12]

На спектральной характеристике фотопроводимости монокристаллической селенистой сурьмы наблюдаются два максимума при длинах волн 0 5 и 1 0 мкм. Монокристаллы обладают анизотропией удельного сопротивления — оно различается на 3 — 4 порядка. Они имеют значительно большую удельную интегральную чувствительность фотопроводимости, чем у поликристаллической селенистой сурьмы.  [13]

Чувствительность называют интегральной, потому что измеряют ее при освещении фоторезистора светом сложного спектрального состава. Удельную интегральную чувствительность принято измерять при освещенности 200 лк источником света с цветовой температурой 2840 К. При других же освещенностях значения удельной интегральной чувствительности будут другими, так как световые характеристики фоторезисторов нелинейны. Определенная величина цветовой температуры источника света необходима для постоянства спектрального состава света, при котором измеряются параметры фоторезисторов.  [14]

Удельная интегральная чувствительность фоторезисторов в значительной степени зависит от температуры окружающей среды, увеличиваясь с уменьшением температуры. Происходит это в результате уменьшения равновесной концентрации носителей заряда ( электронов и дырок) и увеличения

Фотоустойчивость

— Большая химическая энциклопедия

Уникальной, но широко изученной полимерной LB-системой являются полиглутаматы или полимеры с волосяным стержнем. Эти полимеры имеют гидрофильный стержень из спирального полиглутамата с гидрофобными алкильными боковыми цепями. Их жесткость и амфифильность придают порядок (лиотропный и термотропный) в пленках LB, и они принимают структуру F-типа, такую ​​как проиллюстрированная на рис. XV-16 [182]. Эти пленки LB используются для изготовления волноводов, фоторезистов и химических сенсоров.Пленки LB этих полимеров очень термически стабильны, на что указывает отсутствие взаимной диффузии до 414 K, показанное коэффициентом отражения нейтронов чередующимися гидрированными и дейтерированными слоями [183]. АСМ-измерения показали, что эти пленки приобретают различную структуру при прямом осаждении на кремний или на ЛБ-пленки арахидата кадмия [184]. [Pg.561]

Новолачный фоторезист Новолачный процесс Новолачная смола … [Pg.689]

L Первое производственное использование резистов с химическим усилением Резист, разработанный с помощью плазмы, впервые описанный рентгеновская бесконтактная литография продемонстрировала, что резисты из бис-азидного каучука вводят ДНО- новолачный резист для микроэлектроники представил технологию фоторезиста, впервые примененную для изготовления транзисторов. DNO-новолачный резист, запатентованный Калле… [Стр.114]

Дихромированные резисты. Первые композиции, широко используемые в качестве фоторезистов, объединяют светочувствительную дихроматную соль (обычно дихромат аммония) с водорастворимым полимером биологического происхождения, таким как желатин, яичный альбумин (белки) или гуммиарабик (крахмал). Позже также стали использовать синтетические полимеры, такие как поливиниловый спирт (11,12). Облучение ультрафиолетовым светом (X в диапазоне 360–380 нм с использованием, например, угольной дуговой лампы) приводит к фотоинициированному окислению полимера и восстановлению дихромата до Ct (III).Фотоиндуцированная химия делает открытые участки нерастворимыми в водных проявляющих растворах. Фотохимический механизм дихроматной сенсибилизации ПВС (обобщенный на рис. 3) подробно изучен (13). [Pg.115]

Рис. 7. Химический состав дийфилинового фоторезиста отрицательного действия, (a) Полимеризуемый слой, расположенный между несущим листом из полиолефина и полиэфирным покрытием …

Рис. 8. Защита плакированного сквозного отверстия в печатной плате во время травления с помощью теневого сухопленочного фоторезиста.

Сегодня рынок фоторезистов, используемых в производстве интегральных схем, оценивается в 750 миллионов долларов США, с… [Стр.118]

фоторезистов с позитивным тоном, основанных на ингибировании растворения диазонафтохинонами. Внутренние ограничения бис-азид-циклических систем mbber-резиста привели к тому, что полупроводниковая промышленность перешла на класс материалов для визуализации, основанных на фотосенсибилизаторах диазонафтохинона (DNQ).И химический состав, и механизм визуализации этих резистов (рис. 10) фундаментально отличаются от описанных до сих пор (23). DNQ действует как ингибитор растворения матричной смолы, низкомолекулярного продукта конденсации формальдегида и изомеров крезола, известного как новолак (24). Структура фенона делает новолачный полимер слабокислым и легко растворимым в водных щелочных растворах. При добавлении подходящего DNQ скорость растворения полимера резко снижается.Фотолиз заставляет DNQ подвергаться многоступенчатой ​​последовательности реакций, в конечном итоге образуя растворимую в основаниях карбоксиНс кислоту, которая не ингибирует растворение пленки. Погружение экспонированной по образцу пленки резиста в водный раствор гидроксид-иона приводит к быстрому растворению экспонированных областей и только очень медленному растворению неэкспонированных областей. В отличие от сшивающих резистов, растворимость пленки контролируется химическими различиями и различиями полярности, а не размером молекул. [Стр.118]

Синтез и свойства оволака

I.Новолачные смолы, используемые в фоторезистах на основе DNQ, являются наиболее сложными, наиболее изученными, разработанными и наиболее широко используемыми полимерами в микролитографии. Новолаки — это продукты конденсации мономеров фенона (обычно крезолов или других алкилированных фенолов) и формальдегида, образующиеся при кислотном катализе. На рис. 13 показаны химический состав полимеризации и структура полимера, образовавшаяся в результате ступенчатой ​​полимеризации роста (31) новолачных смол. [Стр.120]

Фоторезисты Pos twe-Tone. Считается, что реакции ацидолиза сложного эфира, карбоната и кеталя, которые составляют основу большинства резисторов с положительным тональным эффектом, протекают при специфическом кислотном катализе (62).В этом механизме, показанном на Рисунке 22 для гидролиза трет-гутицетата (тип A1) (63), первая стадия включает быстрое установление равновесия, при котором протон переносится между фотогенерированной кислотой и кислотолабильной защитной группой. . [Pg.126]

W. DeForest, Photoresist Materials andProcesses, McGraw-HiU, New York, 1975. [Pg.136]

Также были описаны применения фоторезиста в промышленности микроэлектроники (340). Термически стабильные сложные эфиры бензилсульфоната на основе 2-метил-3-нитробензотрифторида [6656-49-1] могут служить в качестве генераторов неионных фотокислот, способствующих каскаду реакций во время облучения резиста.[Pg.333]

Разные приложения. ПЭИ и их производные использовались в качестве вспомогательных веществ для цементирования при разведке нефти (459) и для разрушения нефтяных эмульсий (460) при добыче нефти. Были разработаны покрытия затравки водорастворимых сополимеров, содержащих полиэтиленимин (461). Производные полиэтиленимина обладают положительными фоторезистическими свойствами (462), амидированные полиэтиленимины улучшают текучесть цемента (463) и, за некоторыми исключениями, A / -ацила2иддины действуют как химические стерилизаторы для насекомых (464).[Pg.14]

Рис. 6. Схематическое изображение процесса фотохирургического формирования рисунка, используемого для определения особенностей диоксида SiUcon с использованием () положительного фоторезиста, полимеризующего свет, где () представляет маску (U) SiO2 и () Si. Проявление включает удаление маски и непроявленного фоторезиста.

Традиционные применения латексов — это клеи, связующие для волокон и твердых частиц, защитные и декоративные покрытия (QV), окунутые изделия, пена, бумажные покрытия, основы для ковровых покрытий и обивки, модификаторы битумов и бетона, модификаторы нитей и текстиля.Более свежие приложения включают биомедицинские приложения в качестве иммобилизаторов белков, визуальных детекторов в иммуноанализе (QV), в качестве разделительных агентов, в электронных приложениях в качестве фоторезистов для печатных плат, в аккумуляторах (QV), проводящей краске, копировальных машинах и в качестве ключевых компонентов в молекулярной электронике устройств. [Стр.23]

Мягкие рентгеновские лучи с длинами волн 1-10 нм используются для сканирующей рентгеновской микроскопии. Зонная пластина используется для фокусировки рентгеновского луча до диаметра в несколько десятков нанометров. Этот параметр фиксирует и ограничивает разрешение.В голографической рентгеновской микроскопии также используются мягкие рентгеновские лучи с фоторезистом в качестве детектора. При сильном источнике рентгеновского излучения, например синхротроне, разрешение находится в диапазоне 5–20 нм. Теневая проекционная рентгеновская микроскопия — это коммерчески признанный метод. Образец, тонкая пленка или тонкий срез, помещается очень близко к точечному источнику рентгеновского излучения. «Тень» проецируется на детектор, обычно на фотопленку. Размер пятна обычно составляет около 1 дюйма в диаметре, поэтому разрешение не может быть лучше этого.[Pg.332]

Поскольку температура тепловой деформации отвержденных эпоксидных смол (qv) увеличивается с увеличением функциональности отвердителей, пиромеллитовый диангидрид используется для сшивания эпоксидных смол в условиях повышенных температур. Диангидрид может быть добавлен в виде дисперсии микропорошка в жидкой эпоксидной смоле или в виде аддукта гликоля (158). Такие эпоксидные смолы могут использоваться в качестве изоляционного слоя на печатных платах для повышения термостойкости (159). Другие применения включают ингибирование коррозии (160, 161), термоплавкие краски (162), азопигменты (163), адгезивы (164) и составы фоторезиста (165).[Pg.500]

---

Чувствительность в зависимости от специфичности | Technology Networks

При разработке диагностических тестов или оценке результатов важно понимать, насколько надежны эти тесты и, следовательно, результаты, которые вы получаете. Используя образцы известного статуса болезни, можно рассчитать такие значения, как чувствительность и специфичность, которые позволят вам оценить именно это.

Что вам говорят значения чувствительности?

Чувствительность теста также называется показателем истинно положительных результатов (TPR) и представляет собой долю действительно положительных образцов, дающих положительный результат при использовании рассматриваемого теста.Например, тест, который правильно определяет все положительные образцы в панели, очень чувствителен. Другой тест, который обнаруживает только 60% положительных образцов в панели, будет считаться имеющим более низкую чувствительность, поскольку он не имеет положительных результатов и дает более высокий уровень ложных отрицательных результатов (FNR) . Также называемые ошибками типа II , ложноотрицательные — это неспособность отклонить ложную нулевую гипотезу (нулевая гипотеза заключается в том, что выборка отрицательна).

Что вам говорят меры специфичности?

Специфичность теста, также известная как истинно отрицательный показатель (TNR) , представляет собой долю образцов, которые дали отрицательный результат с использованием данного теста, которые действительно отрицательны.Например, тест, который определяет всех здоровых людей как отрицательных по определенному заболеванию, очень специфичен. Другой тест, который неправильно определяет 30% здоровых людей как имеющих это заболевание, будет считаться менее специфичным, имея более высокий процент ложных срабатываний (FPR) . Также называемые ошибками типа I , ложные срабатывания являются отклонением истинной нулевой гипотезы (нулевая гипотеза заключается в том, что выборка отрицательна).

Мнемоника «Чувствительность и специфичность»

SnNouts и SpPins — это мнемоника, которая поможет вам запомнить разницу между чувствительностью и специфичностью.

SnNout : Тест с высоким значением чувствительности ( Sn ), который в случае отрицательного результата ( N ) помогает исключить болезнь ( из ).

SpPin : тест с высоким значением специфичности ( Sp ), который в случае положительного результата ( P ) помогает справиться с болезнью ( из ).

Как рассчитать значения чувствительности и специфичности?

Идеальный тест редко упускает из виду то, что вы ищете (т.е.е., чувствительна) и редко ошибочно принимает ее за что-то другое (то есть специфично). Поэтому при оценке диагностических тестов важно рассчитать чувствительность и специфичность этого теста, чтобы определить его эффективность.

Чувствительность диагностического теста выражается как вероятность (в процентах) того, что образец дает положительный результат, при условии, что пациент болен.

Следующее уравнение используется для расчета чувствительности теста:

Чувствительность = Число истинно положительных результатов
(Число истинно положительных результатов + Число ложно отрицательных результатов)

= Число истинных положительных результатов
Общее количество людей с заболеванием

Специфичность теста выражается как вероятность (в процентах) того, что тест даст отрицательный результат, при условии, что данный пациент не болен.

Следующее уравнение используется для расчета специфичности теста:

Специфичность = Число истинно отрицательных результатов

(Число истинно отрицательных результатов + число ложных положительных результатов)

= Число истинно отрицательных результатов
Общее количество людей без заболевания

Пример «Чувствительность и специфичность»

У вас есть новый диагностический тест, который вы хотите оценить. У вас есть панель проверочных образцов, где вы точно знаете, действительно ли они получены от больных или здоровых людей в отношении состояния, на которое вы тестируете.Ваша панель с образцами состоит из 150 позитивов и 400 негативов.

После прогона образцов через анализ вы сравниваете свои результаты с их известным статусом заболевания и обнаруживаете:

Истинно положительные (результат теста положительный и действительно положительный) = 144

Ложноположительный (результат теста положительный, но на самом деле отрицательный) = 12

Истинно отрицательные (результат отрицательный и действительно отрицательный) = 388

Ложноотрицательный (результат теста отрицательный, но фактически положительный) = 6

Таблица чувствительности и специфичности

Или отображается в таблице непредвиденных обстоятельств :

900 Тест отрицательный
900 09

	Исключительно положительный	Исключительно отрицательный	Всего строк
Тест положительный	144	12	9156	6	388	394
Итого по столбцу	150	400	550

Чувствительность = 144 / (144 + 6)
= 144/150
= 0.96
= 96% чувствительность

Специфичность = 388 / (388 + 12)
= 388/400
= 0,97
= 97% специфичность

Чувствительность и специфичность такие же, как положительная прогностическая ценность (PPV) и отрицательная прогностическая ценность (ЧПС)?

Короче нет, хотя родственные. Прогнозирующая ценность положительного результата (PPV) — это вероятность того, что объект / образец, который дает положительный результат, действительно является положительным. Прогнозирующая ценность отрицательного результата (NPV) — это вероятность того, что субъект / образец, который дает отрицательный результат, действительно является отрицательным.Такая информация может быть очень полезной для обсуждения результатов с пациентом, например, для оценки надежности любого теста, который он мог пройти. Те же значения, которые используются для расчета чувствительности и специфичности, также используются для расчета положительных и отрицательных прогностических значений. Один из способов взглянуть на это состоит в том, что чувствительность и специфичность оценивают тест, тогда как PPV и NPV оценивают результаты.

Прогнозируемое положительное значение рассчитывается с использованием следующего уравнения:

PPV = Количество истинных положительных результатов

(Количество истинных положительных результатов + количество ложных положительных результатов)

= Количество истинных положительных результатов
Количество истинных положительных результатов образцы, которые дали положительный результат

Прогнозирующая ценность отрицательного результата рассчитывается с использованием следующего уравнения:

NPV = Число истинно отрицательных результатов

(Число истинно отрицательных результатов + Число ложных отрицаний)

= Число истинных отрицаний
Количество образцов, которые дали отрицательный результат

Используя значения из приведенного выше примера:

PPV = 144 / (144 + 12)
= 144/156
= 0.923076923… = 92%

NPV = 388 / (388 + 6)
= 388/394
= 0,984771573… = 98%

Таким образом, если результат теста положительный, есть вероятность 92%, что он правильный, если он отрицательный, вероятность того, что он правильный, составляет 98%.

Дополнительным значением к PPV является ложных открытий (FDR) , дополнительным значением NPV является ложных пропусков (FOR) , и оно равно 1 минус PPV или NPV соответственно. FDR — это доля ложных результатов или «открытий».ЗА — это доля ошибочно отклоненных ложных отрицаний. По сути, чем выше PPV и NPV, тем ниже будут FDR и FOR, что является хорошей новостью для надежности результатов ваших тестов.

Как мне сбалансировать чувствительность и специфичность?

Если результаты даются по скользящей шкале значений, а не однозначно положительно или отрицательно, значения чувствительности и специфичности особенно важны. Они позволяют вам определить, где провести пороговые значения, чтобы назвать результат положительным или отрицательным, или, возможно, даже предложить серую зону, где рекомендуется повторное тестирование.Например, установив порог для положительного результата на очень низком уровне (фиолетовая пунктирная линия), вы можете захватить все положительные образцы, и поэтому тест будет очень чувствительным. Однако это может означать, что многие образцы, которые на самом деле отрицательны, могут считаться положительными, и поэтому тест будет считаться имеющим низкую специфичность. Поэтому поиск баланса жизненно важен для эффективного и удобного теста.

Использование кривой рабочей характеристики приемника (ROC) может помочь достичь оптимального результата и сбалансировать ложные отрицательные результаты с ложными срабатываниями.Однако контекст также важен для того, являются ли ложноотрицательные результаты менее проблематичными, чем ложные срабатывания, или наоборот. Например, если обязательно идентифицировать все положительные результаты — например, в вопросе жизни и смерти, тогда вы можете быть готовы терпеть большее количество ложных срабатываний, чтобы не пропустить ни одного. Здесь ложные срабатывания могут быть отсеяны в дальнейшем.

Что такое кривая ROC?

Кривая ROC — это графическое представление, показывающее, как чувствительность и специфичность теста меняются по отношению друг к другу.Чтобы построить кривую ROC, с помощью теста измеряют образцы, которые, как известно, являются положительными или отрицательными.

TPR (чувствительность) наносится на график против FPR (1 — специфичность) для заданных пороговых значений, чтобы получить график, аналогичный приведенному ниже. В идеале выбирается точка вокруг плеча кривой, которая ограничивает ложные срабатывания и максимизирует истинные срабатывания.

Тест, дающий кривую ROC, такую ​​как желтая линия, будет не лучше, чем случайное предположение, бледно-голубой — хорошо, но тест, представленный темно-синей линией, будет превосходным.Это сделало бы определение отсечки относительно простым и дало бы высокий процент истинных положительных результатов при очень низком уровне ложных срабатываний — чувствительных и конкретных.

Чувствительность и специфичность — RationalWiki

Чувствительность и специфичность — малоизвестный роман Джейн Остин. — это статистические меры чувствительности теста — или того, насколько хорошо он работает в действительности. Эти меры важны, потому что эффективность теста может быть очень противоречивой.Таким образом, хотя здравый смысл говорит, что положительный анализ крови на ВИЧ или срабатывание будильника, несомненно, верны, на самом деле в большинстве случаев это может быть неверно .

Определения [править]

• Чувствительность , по сути, показывает, насколько хорош тест для обнаружения чего-либо, если оно есть. Это показатель того, как часто тест будет правильно определять положительный результат среди всех положительных результатов теста по золотому стандарту. Например, анализ крови на вирус может иметь чувствительность до 99% или более — это означает, что на каждые 100 человек, прошедших тестирование, 99 или более из них будут правильно идентифицированы.Это хорошая цифра, которую стоит принять к сведению, но она не обязательно отражает истинную эффективность теста, как станет очевидно.

• Специфичность — это мера того, насколько точен тест против ложных срабатываний. Собака-ищейка, ищущая наркотики, будет иметь низкую специфичность, если ее часто сбивают с пути вещи, не являющиеся наркотиками — например, косметика или еда. Специфичность можно рассматривать как процент случаев, когда тест правильно определяет отрицательный результат.Опять же, это может быть 99% или больше для хороших тестов, хотя особенно неуправляемая и легко отвлекаемая собака-ищейка будет намного, намного ниже.

Обе эти цифры, а также количество ложных срабатываний и ложных отрицаний установлены в соответствии с «золотым стандартом». Это тест, который однозначен или настолько близок к однозначному, что не имеет значения. В случае с собакой-ищейкой это могло быть тщательное обследование обученным полицейским; для медицинской диагностики это могут быть дополнительные и более интенсивные тесты и наблюдения, такие как биопсия.Эти «золотые стандартные» тесты могут быть слишком дорогостоящими или трудоемкими, чтобы проводить их постоянно, поэтому вы проводите другие тесты, которые могут быть не на 100% эффективными.

Эта статистика может также зависеть от так называемого «периода окна», то есть времени, когда способность к успешному прохождению теста либо значительно лучше, либо намного меньше. Типичным примером является анализ крови на антитела к ВИЧ с периодом окна до трех месяцев, когда он не сработает, в то время как тестирование на нуклеиновые кислоты имеет период окна около 12 дней.

Чувствительность и специфичность можно легко спутать с положительной прогностической ценностью (PPV) и отрицательной прогностической ценностью (NPV), которые указывают долю положительных тестов, которые являются истинно положительными, и долю отрицательных тестов, которые являются истинно отрицательными, соответственно. Чувствительность и специфичность полезны при оценке ценности теста, применяемого для многих, тогда как PPV и NPV полезны для оценки достоинств конкретного результата теста.

Противоинтуитивные ложные срабатывания [править]

Высокая чувствительность и специфичность могут быть хорошими, но, как скажет вам любой, кто был провален службой безопасности аэропорта без бомбы , они производят непропорционально большое количество ложных срабатываний — их эффективность нелогична.Это связано с тем, что естественный процент положительных результатов (согласно золотому стандарту, описанному выше) имеет огромное влияние на процент ложных срабатываний и очевидную эффективность теста. Короче говоря, если эта естественная частота высока, тест выглядит лучше, но если частота низкая, количество ложных срабатываний может значительно превысить количество реальных срабатываний, что делает тест почти бесполезным. Чувствительность 100% может быть достигнута, если предположить, что у всех есть бомба, в то время как специфичность 100% следует из предположения, что бомбы ни у кого нет.

Пример

[править]

Идею лучше всего проиллюстрировать и описать на примере. Представьте себе книжный магазин, устанавливающий противоугонное устройство — сканер на входе, который ищет магнитные бирки на украденных товарах. Из всех потенциальных воров, которые могут пройти через сканер с украденными товарами, сканер будет гудеть 99,9% времени (это чувствительность , ). Только 1 вору из 1000 это сойдет с рук, и это неплохо. Время от времени он вызывает раздражение у невиновных; они не отключили метку, их телефон отключился от сканера, он просто сошел с ума или по какой-то другой причине.Предположим, что специфичность имеет аналогичный уровень 99,9% — на каждые 1000 невинных людей, проходящих через сканер, он будет гудеть один раз (это специфичность , ).

Если процент краж в магазинах достаточно низок, можно предположить, что чувствительность почти 100% — так что каждый магазинчик будет пойман. Но сразу становится очевидным, что не все хотят воровать товары, и это необходимо учитывать при оценке производительности сканера! Что делать, если магазин находится в районе с высоким уровнем преступности? 1 из 100 посетителей магазина пытается что-то украсть; это 10 из 1000.Поскольку чувствительность выше 99%, все 10 воров будут пойманы, но из этой невинной тысячи или около того один вызовет ложное срабатывание; 10 бандитов с липкими пальцами и 1 ни в чем не повинный прохожий вызовут тревогу. Видно, что этот тест с чувствительностью 99,9% на самом деле дает только ~ 90% точности, когда дело доходит до результатов, которые он дает.

Если фоновая частота была на ниже , тест становится более неэффективным — если 1 из 1000 клиентов на самом деле является торговцем, то частота истинных положительных результатов равна доле ложных срабатываний.Тревога по-прежнему срабатывает для каждого 1 из 1000 человек, невинно и почти наверняка схватив вора. В этом случае только 50% тревог являются действительными. Если скорость подъема магазина еще ниже, если она меньше, чем количество ложных срабатываний, вполне может случиться так, что подавляющее большинство тревог на самом деле являются ложными срабатываниями. Обычно это имеет место в сфере безопасности в аэропортах, где, несмотря на панику, терроризм встречается крайне редко — и подавляющее большинство сигналов тревоги будет вызвано ключами, пряжками ремня и ботинками со стальными колпачками, а очень немногие, если таковые имеются, будут связаны с оружием.Это не отменяет сдерживающего эффекта таких устройств, но означает, что их практическое использование «по назначению» значительно ниже (см. Театр безопасности).

Опасности [править]

Проблема в том, что это очень и очень нелогично. Не каждый сможет осознать и рассчитать реальную эффективность теста; будь то медицинский диагноз или судебно-медицинский инструмент. Определить чувствительность теста легко — они часто оцениваются в контролируемых условиях, что упрощает задачу.Часто продукты и процедуры будут продаваться только на основании их чувствительности, поэтому уровень ложных срабатываний может быть высоким, и никто об этом не знает. Эта проблема также нашла свое отражение в некоторых политических или криминальных политиках, и в результате могут пострадать более невинные, чем виновные люди.

Часто тесты улучшаются только за счет работы только с их чувствительностью . Но, как было показано в приведенном выше примере, при низком фоновом уровне положительных результатов чувствительность практически бессмысленна.Однако некоторые могут предпочесть увеличенное количество ложных срабатываний, поскольку они могут побудить людей пройти дополнительное или более тщательное тестирование. Обычно так бывает при медицинском диагнозе.

Также важно помнить, что для каждого тестируемого приложения существует оптимальная точка (которая зависит от специфики приложения), за пределами которой чувствительность и специфичность становятся компромиссом, и ни одна из них не может быть увеличена без ущерба для другой. Очень немногие тесты, применяемые к таким сложным объектам, как люди, могут когда-либо исключить как ложных срабатываний, так и ложноотрицательных с высокой степенью полноты.

Это может привести к серьезным конфликтам ценностей. Рассмотрим тест, который выявляет сексуальных преступников для регистрации. Мало кто станет оспаривать аргумент о желательности низкого уровня ложноотрицательных результатов; столь же немногие будут оспаривать аргумент о желательности низкого уровня ложных срабатываний. Однако, как только такой тест проходит оптимальную точку, регистрация большего количества настоящих сексуальных преступников влечет за собой клеймение более невинных людей.

Примеры того, где это применимо, также многочисленны. Безопасность в аэропортах, медицинское тестирование, компьютерная безопасность, фильтрация спама, психологическая оценка, оценка условно-досрочного освобождения, антибактериальные продукты … все эти области жизни находятся во власти проблем, возникающих из-за неправильного понимания чувствительности и специфики, а также того, как они соотносятся с реальным миром полученные результаты.

Связь со статистикой [править]

В статистической терминологии специфичность и чувствительность относятся к основным типам ошибок при проверке гипотез. Чувствительность теста контролирует количество ложноотрицательных результатов, которые известны как ошибки типа II . С другой стороны, специфичность контролирует частоту ложных срабатываний, известных как ошибки типа I .

Коэффициенты журнала [править]

Расчеты можно упростить до некоторой степени, выразив шансы как «логарифм шансов», то есть формулировку вероятности, которая работает логарифмически — как шкала децибел.Повторение теста несколько раз позволяет увеличить доверительный интервал на определенную величину (отношение правдоподобия) и выражается логарифмически — это похоже на простое добавление отношения правдоподобия каждый раз, когда проводится тест, а не умножение и необходимость повторения вычислений. многократно. ^[1]

В примере, приведенном Брайаном Ли и Джейкобом Сандерсом, гипотетический тест правильно диагностирует ( чувствительность ) в 99% случаев и дает ложноположительный ( специфичность ) в 3% случаев с фоновая частота составляет 1 из 10 000, что в реальном выражении переводится как 1 правильно идентифицированный индивидуум и 300 ложноположительных результатов для одного теста.Применение множественных тестов — это в значительной степени многократно применяемая теорема Байеса, известная как «обновление», поскольку вероятность обновляется на основе новых свидетельств или новой итерации теста. Это простое отношение правдоподобия составляет 33 (99/3), а 10 × log ₁₀ (33) = 15,19. Каждая итерация теста добавляет 15,19 к логарифмической вероятности того, что человеку поставлен правильный диагноз.

• -40,00 дБ = 0,01% (1 из 10 000)
• -40,00 дБ + 15,19 дБ = -24,81 дБ,
• -24.81 дБ + 15,19 дБ = -9,62 дБ.
• -9,62 дБ + 15,19 дБ = 5,57 дБ = 78,3%

Итак, нам нужно три итерации теста, чтобы достичь уверенности 78,3%.

Визуализация [править]

Предположим, вы хотите найти все синие точки на приведенной выше диаграмме. Имеет смысл провести тест, который правильно определяет их как синих — например, представьте, что они представляют людей, инфицированных болезнью. Те, что обозначены как таковые, сгруппированы в меньшем темном красном круге.Но фоновая заболеваемость и количество ложных срабатываний влияют на истинную эффективность теста. На обеих диаграммах примерно 1 из 10 белых пятен — это неправильно, сгруппированы с синим — ложные срабатывания. С левой стороны частота синих пятен низка, поэтому только 50% из тех, которые прошли тест и сгруппированы в темно-красном круге, являются , на самом деле синими . На правой диаграмме, даже несмотря на то, что специфичность и избирательность не изменились (1 из 10 белых пятен неправильно идентифицированы и почти все синие пятна), относительная частота ложных срабатываний намного ниже, и 85% из тех, которые прошли проверку. тест были правильно идентифицированы.

См. Также [править]

Внешние ссылки [править]

Ссылки [править]

Чувствительность и специфичность — статья энциклопедии

Чувствительность и специфичность . диагностических тестов основаны на теореме Байеса и определены как «меры для оценки результатов диагностических и скрининговых тестов. Чувствительность представляет собой долю действительно больных людей в обследованной популяции, которые определены как заболевшие контрольная работа.Это мера вероятности правильно диагностировать состояние. Специфичность — это доля действительно здоровых людей, выявленных таким образом с помощью скринингового теста. Это мера вероятности правильной идентификации здорового человека. (Из Ласта, Эпидемиологический словарь, 2-е изд.) « ^[1]

Успешное применение чувствительности и специфичности является важной частью практики доказательной медицины.

Расчеты

Таблица два на два для диагностического теста

		Болезнь
		Настоящее время	Отсутствует
Результат теста	Положительный	Ячейка A	Ячейка B	Итого с положительной пробой
	Отрицательный	Ячейка C	Ячейка D	Итого с отрицательной пробой
		Всего по болезни	Всего без болезней

Многие из этих вычислений можно выполнить на http: // statpages.org / ctab2x2.html.

Чувствительность и специфичность

Прогностическая ценность тестов

Прогностическая ценность диагностических тестов определяется как «в скрининговых и диагностических тестах, вероятность того, что человек с положительным тестом является истинно положительным (т. Е. Имеет заболевание), называется прогностической ценностью положительного теста; тогда как прогностическая ценность отрицательного теста — это вероятность того, что человек с отрицательным тестом не болен.Прогностическая ценность связана с чувствительностью и специфичностью теста ». ^[2]

Сводная статистика диагностических возможностей

Хотя простое сообщение о точности теста кажется интуитивно понятным, на точность в значительной степени влияет распространенность заболевания. ^[3] Например, если заболевание возникло с частотой один на тысячу, то простое предположение о том, что у всех пациентов нет заболевания, даст точность более 99%, тогда как если бы частота заболевания составляла 999 на тысячу, то же предположение даст точность около 1%.

С появлением множества биомаркеров, которые могут быть дорогостоящими диагностическими тестами, большое количество исследований было посвящено тому, как суммировать дополнительную ценность нового дорогостоящего теста в существующих диагностических методах. ^{[4] [5] [6]} Лучший метод сравнения диагностических тестов зависит от того, должен ли новый тест заменить или добавить к существующему диагностическому тесту. ^[7]

Площадь под кривой ROC

Для получения дополнительной информации см .: Кривая рабочих характеристик приемника .

Была предложена область под кривой рабочих характеристик приемника (кривая ROC), AROC или c-index. С-индекс варьируется от 0 до 1, а результат 0,5 указывает на то, что диагностический тест не добавляет к предположениям. ^[8] Были предложены варианты. ^{[9] [10]}

Байесовский информационный критерий

Информационный критерий Байеса был предложен Шварцем в 1978 году. ^[11]

Отношение шансов диагностики

Диагностическое отношение шансов (DOR) основано на отношениях правдоподобия. ^[12]

Принимая во внимание отношение правдоподобия: ^[13]

Диагностическое отношение шансов: ^[13]

Или диагностическое отношение шансов:

Например:

• Если чувствительность и специфичность составляют 95% и 80% соответственно (или наоборот), то DOR = 71.
• Если чувствительность и специфичность составляют 95%, то DOR = 361.

«DOR колеблется от 0 до бесконечности, причем более высокие значения указывают на лучшую дискриминационную производительность теста. Значение 1 означает, что тест не делает различий между пациентами с расстройством и пациентами без него … DOR не зависит от распространенности заболевания ». ^[12]

Сумма чувствительности и специфичности

Этот простой показатель называется «Прирост уверенности»: ^[14]

Может варьироваться от 0 до 2, а результат 1 указывает на то, что диагностический тест не помогает угадывать.

Аналогично, индекс Youden J ( J *): ^[15]

Индекс рассчитывается на основе:

Количество, необходимое для диагностики

Номер, необходимый для диагностики: ^[16]

Кривая предсказуемости

Предложен график кривой предсказуемости. ^[17]

Пропорциональное снижение показателя неопределенности

Предложено пропорциональное снижение показателя неопределенности (PRU). ^[18]

Интегрированная чувствительность и специфичность

Эта мера была предложена в качестве альтернативы площади кривой рабочих характеристик приемника. ^[19]

Таблицы переклассификации

Пример таблицы переклассификации для теста с двоичными выходами (например, нормальный и ненормальный)

Этот показатель был предложен в качестве альтернативы площади кривой рабочих характеристик приемника. ^{[4] [19]} Этот метод позволяет рассчитать «индекс реклассификации», или «коэффициент реклассификации», или «чистое улучшение реклассификации» (NRI). ^[19]

NRI аналогичен индексу Youden J и коэффициенту усиления достоверности, которые являются функциями суммы чувствительности и специфичности. В особом случае двух диагностических тестов, которые имеют двоичные результаты (например, нормальный и ненормальный), NRI равно усилению достоверности первого теста минус усиление достоверности второго теста, или, альтернативно, указанному изменению сумма чувствительности и специфичности:

И NRI, и Youden J , и Gain in Certainty являются мерами, которые:

• Предположим, что важность правильной классификации аномального пациента не менее важна, чем правильная классификация нормального пациента
• Суммируйте две оценки (чувствительность и специфичность), а не средневзвешенное значение этих двух оценок, основываясь на соотношении аномальных и нормальных пациентов.
  • Суммирование помогает сравнить два теста, которые были изучены в условиях с разной распространенностью заболевания.
  • Тем не менее, NRI можно рассматривать как вводящий в заблуждение, поскольку это индекс переклассификации , а не показатель переклассификации . В частном случае, когда распространенность болезни составляет 50%, индекс реклассификации ровно в два раза превышает показатель реклассификации .

Улучшение клинической чистой реклассификации (CNRI) — это вариация, которая является NRI только для субъектов с промежуточным риском заболевания. ^[6]

Последовательный подсчет очков

Последовательная оценка была предложена для того, чтобы изолировать эффект нового дорогостоящего диагностического теста. ^[20]

Угрозы достоверности расчетов

Различные ошибки, возникающие при изучении и анализе диагностических тестов, могут повлиять на достоверность расчетов. Пример — смещение спектра.

Плохо спланированные исследования могут переоценить точность диагностического теста. ^[21]

Список литературы

1. ↑ Национальная библиотека медицины.Чувствительность и специфичность. Проверено 9 декабря 2007.
2. ↑ Национальная библиотека медицины. Прогностическая ценность тестов. Проверено 9 декабря 2007.
3. ↑ Harrell FE, Califf RM, Pryor DB, Lee KL, Rosati RA (май 1982). «Оценка результатов медицинских тестов». JAMA 247 (18): 2543–6. PMID 7069920. ^[e]
4. ↑ ^{4,0 4,1} Кук Н.Р., Ридкер П.М. (июнь 2009 г.). «Достижения в измерении эффекта индивидуальных предикторов сердечно-сосудистого риска: роль мер реклассификации». Ann. Междунар. Med. 150 (11): 795–802. PMID 19487714. ^[e]
5. ↑ Cornell J, Mulrow CD, Localio AR (декабрь 2008 г.). «Точность диагностических тестов и принятие клинических решений». Ann. Междунар. Med. 149 (12): 904–6. PMID 1
   11. ^[e]
   1. ↑ ^{6,0 6,1} Cook NR (январь 2008 г.). «Комментарии к« Оценка дополнительной предсказательной способности нового маркера: от области под кривой ROC к реклассификации и за ее пределами »М.J. Pencina и др., Статистика в медицине (DOI: 10.1002 / sim.2929) «. Stat Med 27 (2): 191–5. DOI: 10.1002 / sim.2987. PMID 17671959. Исследования в блогах.
   2. ↑ Хайен А., Макаскилл П., Ирвиг Л., Боссайт П. (2010). «Соответствующие статистические методы необходимы для оценки диагностических тестов для замены, дополнения и сортировки». Дж. Клин Эпидемиол . DOI: 10.1016 / j.jclinepi.2009.08.024. PMID 20079607. Исследование блогов.
   3. ↑ Хэнли Дж. А., Макнил Б. Дж. (Апрель 1982 г.).«Значение и использование площади под кривой рабочей характеристики приемника (ROC)». Радиология 143 (1): 29–36. PMID 7063747. ^[e]
   4. ↑ Уолтер С.Д. (июль 2005 г.). «Частичная площадь под сводной кривой ROC». Stat Med 24 (13): 2025–40. DOI: 10.1002 / sim.2103. PMID 156. Исследование блогов.
   5. ↑ Bangdiwala SI, Haedo AS, Natal ML, Villaveces A (сентябрь 2008 г.). «Таблица согласования как альтернатива кривой рабочих характеристик приемника для диагностических тестов». J Clin Epidemiol 61 (9): 866–74. DOI: 10.1016 / j.jclinepi.2008.04.002. PMID 18687288. Исследование блогов.
   6. ↑ Шварц Г. (1978). Оценка размера модели. Анналы статистики 6, 461–464. DOI: 10.1214 / aos / 1176344136 Google Scholar
   7. ↑ ^{12,0 12,1} Glas AS, Lijmer JG, Prins MH, Bonsel GJ, Bossuyt PM (ноябрь 2003 г.). «Отношение шансов диагностики: единый показатель эффективности теста». J Clin Epidemiol 56 (11): 1129–35.PMID 14615004. ^[e]
   8. ↑ ^{13,0 13,1} Целевая группа и группа интересов SGIM EBM (2009). Спросите эксперта EBM! — Общество общей и внутренней медицины (SGIM). Общество общей внутренней медицины.
   9. ↑ Connell FA, Koepsell TD (май 1985). «Меры повышения достоверности диагностического теста». Am. J. Epidemiol. 121 (5): 744–53. PMID 4014166. ^[e]
   10. ↑ Youden WJ (январь 1950 г.).«Индекс рейтинговых диагностических тестов». Рак 3 (1): 32–5. PMID 15405679. ^[e]
   11. ↑ Bandolier (1996) Насколько хорош этот тест? II
   12. ↑ Pepe, Margaret S .; Зидинг Фэн, Ин Хуанг, Гэри Лонгтон, Росс Прентис, Ян М. Томпсон, Инъе Чжэн (01.02.2008). «Интеграция предсказуемости маркера с его характеристиками в качестве классификатора». Am. J. Epidemiol. 167 (3): 362-368. DOI: 10.1093 / aje / kwm305. PMID 17982157.Проверено 17 декабря 2008. Исследование блогов.
   13. ↑ Coulthard MG (май 2007 г.). «Количественная оценка того, как тесты уменьшают диагностическую неопределенность». Arch. Dis. Ребенок. 92 (5): 404–8. DOI: 10.1136 / adc.2006.111633. PMID 17158858. Исследование блогов.
   14. ↑ ^{19,0 19,1 19,2} Pencina MJ, Д’Агостино РБ, Д’Агостино РБ, Васан Р.С. (январь 2008 г.). «Оценка дополнительной прогностической способности нового маркера: от области под кривой ROC до реклассификации и далее». Stat Med 27 (2): 157–72; обсуждение 207–12. DOI: 10.1002 / sim.2929. PMID 17569110. Исследование блогов.
   15. ↑ Гренландия S (январь 2008 г.). «Необходимость переориентации в сторону экономически эффективного прогнозирования: комментарии к статье« Оценка дополнительной прогностической способности нового маркера: от области под кривой ROC к реклассификации и за ее пределами »MJ Pencina et al., Statistics in Medicine (DOI: 10.1002 / sim.2929) «. Stat Med 27 (2): 199–206.DOI: 10.1002 / sim.2995. PMID 17729377. Исследование блогов.
   16. ↑ Lijmer JG, Mol BW, Heisterkamp S, et al (сентябрь 1999 г.). «Эмпирические доказательства предвзятости, связанной с дизайном, в исследованиях диагностических тестов». JAMA 282 (11): 1061–6. PMID 10493205. ^[e]

   Настройки мыши — Liquipedia Counter-Strike Wiki

   Global Offensive ‘ Меню настроек клавиатуры / мыши

   В этой статье подробно описаны различные настройки мыши как в игре, так и вне ее, в Counter-Strike: Global Offensive и вне ее, которые влияют на игровой процесс.

   Внутриигровые настройки [править]

   Мышь Reverse Mouse ( m_pitch )

   Инвертирует движение оси Y. При отключении m_pitch устанавливается на 0,022, а при включении — на -0,022 (в градусах на шаг).

   Чувствительность мыши ( чувствительность )

   Основной множитель чувствительности.

   Чувствительность зума ( zoom_sensitivity_ratio_mouse )

   Наивное соотношение, рассчитанное путем деления на 90 номинального поля зрения (измеренного при ширине 4: 3) оружия с оптическим прицелом.Чувствительность (неправильно) масштабируется этим коэффициентом на каждом шаге увеличения.

   Необработанный ввод ( m_rawinput )

   Включение этого параметра заставит игровой клиент игнорировать потенциальные эффекты операционной системы (например, параметр скорости указателя на панели управления мышью Windows) при вводе с помощью мыши.

   Ускорение мыши ( m_customaccel )

   Отключает или устанавливает режим ускорения мыши, при котором скорость мыши увеличивается в зависимости от скорости движения мыши.

   Показатель ускорения ( m_customaccel_exponent )

   Показатель функции ускорения. Значение 1 означает отсутствие ускорения.

   Префактор ускорения ( m_customaccel_scale )

   Масштабный коэффициент функции ускорения.

   Ограничитель акселератора ( m_customaccel_max )

   Ограничивает, насколько значение чувствительности может быть увеличено алгоритмом ускорения.

   Чувствительность [редактировать]

   Визуализация чувствительности мыши

   Наиболее важными переменными при настройке чувствительности являются значение чувствительности в игре, значение CPI мыши и, если необработанный ввод не действует, параметр скорости указателя операционной системы.

   Результат учета всех соответствующих настроек дает физическую Physical Sensitivity игрока, что дает абсолютное представление об его общей чувствительности. Визуализируйте сферу определенного диаметра или радиуса ( «Радиус поворота», ), которую игрок катит по коврику для мыши при перемещении мыши. Сфера представляет все возможные ориентации игрока в игре в углах Эйлера, а длина полного поворота равна ее окружности поворота .Поскольку чувствительность масштабируется обратно пропорционально размеру сферы, гораздо более интуитивно понятно измерить Кривизну [1] сферы для линейного сравнения настроек. Кривизна может быть измерена в градусах / мм или в MPI .

   Соответствующие формулы для измерения чувствительности выглядят следующим образом:

   Окружность поворота = 360 / (CPI * чувствительность * m_yaw)

   Радиус поворота = (180 / pi) / (CPI * чувствительность * m_yaw)

   MPI = CPI * чувствительность * m_yaw * 60

   «eDPI» (не рекомендуется, вводит в заблуждение) = CPI * чувствительность * (1 + (коэффициент окна — 1) * (1 — rawinput))

   Значение MPI ( M inute P er I nch) показывает, сколько минут дуги (1/60 градуса, MOA) применяется в игре при перемещении мыши на один дюйм.Это альтернативный стандарт для упрощенного измерения «eDPI», сохраняющий преимущество в простоте его вычисления. Поскольку одна MOA (~ 0,0167 градуса) очень близка к m_yaw Counter-Strike по умолчанию, равному 0,022 градуса, значения близки к наивному произведению на чувствительность к CPI, , поэтому MPI можно рассматривать как однозначную версию «eDPI» .

   Окружность поворота , выраженная в сантиметрах на оборот, представляет собой физическое движение мыши, соответствующее полной революции в игре.В просторечии он известен как «см на 360», ошибочно опуская градус как единицу вращения; поскольку это неправильное название широко используется в языке FPS, рекомендуется использовать « cm / rev » в качестве замены существующей разговорной речи.

   Традиционно использовался продукт на чувствительность к CPI (CSP, в просторечии известный как «eDPI»). Он рассчитывается путем наивного умножения значения чувствительности мыши пользователя в игре на CPI мыши. При условии, что внешние факторы не принимаются во внимание (ускорение) и / или учитываются (чувствительность мыши Windows, необработанный ввод…), эти значения сопоставимы только между игроками с одинаковым m_yaw, но не между разными играми. Поэтому это измерение не рекомендуется в пользу более универсальных стандартов, таких как Turn Circumference или MPI.

   CPI [править]

   Значение CPI (количество точек на дюйм, часто ошибочно называемое DPI — точек на дюйм — см. Здесь) мыши — это количество отсчетов, которое мышь отправляет операционной системе при перемещении на один дюйм. Например, мышь пользователя использует 800 CPI, она в основном перемещает 800 пикселей на экране на каждый дюйм, на который они перемещают свою мышь.CPI прямо пропорционален восприятию того, насколько «быстрой» чувствительность в игре.

   Следует подчеркнуть, что более высокое значение CPI , а не означает лучшую производительность или точность, это просто произвольная «единица», в которую мышь выделяет непрерывные движения. Фактически, наиболее конкурентоспособные игроки используют одни из самых низких параметров CPI, доступных в современных мышах, чаще всего в диапазоне от 400 до 800.

   Низкое значение CPI дает более мягкую реакцию при настройке чувствительности в игре, поскольку значение физической чувствительности не изменится так сильно по сравнению с высоким CPI.Это позволяет использовать ползунок для приблизительной оценки, в то время как высокий индекс CPI требует сосредоточения на каждом десятичном разряде до

   Чувствительность зубов: причины, средства правовой защиты и лечение

   Чувствительность зубов — это распространенная стоматологическая проблема, которая проявляется в виде дискомфорта или боли в зубах при контакте с определенными веществами и температурой. По данным Академии общей стоматологии, по меньшей мере 40 миллионов взрослых в США страдают от чувствительных зубов.

   Боль часто бывает резкой и внезапной, но временная.По данным клиники Кливленда, боль может стрелять в нервные окончания зуба. К счастью, чувствительные зубы можно лечить, и их состояние может улучшиться.

   Причины повышенной чувствительности зубов

   Нет групп риска по чувствительности зубов. По словам доктора Маргарет Кулотта-Нортон, дантиста из Вашингтона, округ Колумбия, и бывшего президента Стоматологического общества округа Колумбия, это может случиться с кем угодно.

   «Самый распространенный симптом… это внезапная резкая вспышка боли, когда зубы подвергаются воздействию воздуха, холодной, сладкой, кислой или горячей пищи», — сказала она Live Science.Некоторые люди могут испытывать повышенную чувствительность зубов при чистке зубов щеткой или нитью.

   В здоровых зубах эмаль защищает нижележащий слой дентина, который мягче, чем эмаль. Корни зубов защищены деснами. Но если эмаль изношена или линия десен отступила, дентин обнажается. «Полости, трещины на зубах, рецессия десен, эмаль и эрозия корня — все это приводит к обнажению дентина», — сказал Кулотта-Нортон. «Дентин связан с нервом, который вызывает боль в чувствительных зубах.»

   Дентин содержит тысячи микроскопических канальцев или каналов, ведущих к пульпе зуба, по данным Академии общей стоматологии. Под воздействием элементов эти дентинные канальцы пропускают тепло, холод, кислоту или даже липкие вещества в нервы. внутри зуба, вызывая боль.

   По данным клиники Кливленда, некоторые факторы, способствующие чувствительности зубов, могут включать:

   • Слишком сильная чистка зубов или использование зубной щетки с жесткой щетиной. Это может привести к износу эмали и обнажению дентина. , или способствовать рецессии десен.
   • Спад десен. Это часто случается у людей, страдающих пародонтозом, и при этом обнажается дентин.
   • Гингивит. Воспаленная и болезненная ткань десен может привести к обнажению корня зуба.
   • Трещины на зубах. Они могут заполниться бактериями из зубного налета и вызвать воспаление пульпы зуба. В более тяжелых случаях это может привести к абсцессу и инфекции.
   • Скрежетание или сжимание зубов. Это может привести к износу эмали.
   • Накопление налета.
   • Длительное использование жидкости для полоскания рта. Некоторые безрецептурные жидкости для полоскания рта содержат кислоты. Если дентин обнажает дентин, кислоты могут ухудшить чувствительность зубов, а также еще больше повредить слой дентина. Существуют нейтральные жидкости для полоскания рта с фтором, которые могут быть лучшим вариантом.
   • Кислые продукты. Это может способствовать уменьшению эмали.
   • Стоматологические процедуры. Зубы могут быть чувствительными после профессиональной чистки, строгания корней, замены коронки и других процедур восстановления зубов.Обычно боль проходит через четыре-шесть недель.

   Чувствительность зубов после пломбирования

   По данным Колледжа стоматологической медицины Колумбийского университета, у некоторых людей может наблюдаться чувствительность зубов после пломбирования полости или замены пломбы. Кариес, вызывающий кариес, вызывает раздражение зуба, и процедура пломбирования, если она необходима, может привести к повышенной чувствительности. К счастью, чувствительность зубов после пломбирования должна улучшиться сама по себе в течение нескольких недель.Это может длиться дольше, до нескольких месяцев, но пока чувствительность зубов постепенно улучшается, беспокоиться не о чем. Однако стойкая чувствительность зубов может указывать на то, что необходим корневой канал.

   Иногда после пломбирования зубы становятся чувствительными при прикусывании. Это можно исправить, просто отрегулировав прикус. Кроме того, по данным Колумбийского университета, наполнение может быть слишком высоким. В этом случае стоматолог может опустить пломбу.

   Композитные пломбы могут вызвать чувствительность зубов при жевании.Однако при сжатии зубов боли не возникает. По словам Bear Peak Dental, частной практики в Боулдере, штат Колорадо, эта чувствительность зубов обычно устраняется путем корректировки прикуса или замены пломбы другим композитом.

   Чувствительность зубов после процедур отбеливания

   Процедуры отбеливания зубов, проводимые либо в кабинете стоматолога, либо с использованием безрецептурных продуктов, содержат агрессивные химические вещества, удаляющие пятна, но они также могут удалить эмаль, что приводит к повышенной чувствительности зубов.В нескольких исследованиях изучались способы уменьшения боли после отбеливания зубов в офисе. Исследование в области оперативной стоматологии 2018 года показало, что пациенты, принимавшие ацетоменифин / кодеин до лечения, не уменьшали боль, поэтому, вероятно, потребуются более радикальные меры. Исследование, проведенное в 2016 году в Lasers in Medical Science, показало, что облучение зубов красным лазером низкого уровня с инфракрасным диодом после процедуры отбеливания значительно снижает уровень боли. Исследование 2018 года, опубликованное в The Journal of the American Dental Association, показало, что нанесение денсибилизирующего геля перед отбеливанием значительно снижает чувствительность зубов после лечения.

   Еще одно возможное решение — изменение формулы отбеливающих средств. Исследование 2017 года, опубликованное в журнале Clinical Oral Investigations, показало, что снижение кислотности отбеливающих гелей привело к значительному уменьшению боли при тех же результатах отбеливания.

   Лечение чувствительных зубов

   «Чувствительные зубы никогда не исчезают полностью», — сказал Кулотта-Нортон. «Симптомы могут уменьшиться или даже исчезнуть на какое-то время, но если причины, по которым зубы человека становятся чувствительными, полностью не устранены, чувствительность будет приходить и уходить.«

   Существует несколько видов лечения, и у каждого стоматолога есть свои фавориты, которые они, скорее всего, порекомендуют, по словам Кулотта-Нортон. Она подчеркнула, что не существует единого варианта лечения, который бы подходил для всех». Правильный диагноз. Причины чувствительности важны при лечении чувствительности. Если причина чувствительности устранена, выбранное лечение будет более эффективным в уменьшении боли. Если стоматолог просто лечит чувствительность, не выясняя ее причину, проблема будет продолжаться и ухудшаться », — сказала она.

   Клиника Кливленда предлагает следующие методы лечения в домашних условиях:

   • Десенсибилизирующая зубная паста. Существует несколько марок зубных паст для чувствительных зубов. Ваш стоматолог может порекомендовать один или вам, возможно, придется попробовать другие бренды, пока вы не найдете продукт, который вам подходит. Обязательно используйте фторсодержащую зубную пасту для чувствительных зубов, а не зубную пасту от зубного камня. Попробуйте нанести тонкий слой десенсибилизирующей зубной пасты на обнаженные корни зубов перед сном.
   • Используйте зубную щетку с мягкой щетиной.
   • Избегайте очень кислой пищи.
   • Ежедневно используйте жидкость для полоскания рта с фтором.
   • Избегайте скрежета зубами. Подумайте о приобретении каппы.

   По данным Американской стоматологической ассоциации, ниже приведены некоторые стоматологические процедуры, которые могут снизить чувствительность зубов:

   • Бондинг, коронки или вкладки. Они могут исправить дефект или кариес зуба, вызывающие чувствительность.
   • Фторид-гель или лак.
   • Хирургический трансплантат десны.Это защитит корень и снизит чувствительность, если ткань десны оторвалась от корня.
   • Корневой канал. Это последнее средство лечения сильной чувствительности зубов, при которой другие методы не помогли.

   Клиника Кливленда также предлагает нанести зубные герметики на открытую поверхность корня.

   Достижения в лечении фторидом

   Результаты, опубликованные в 2015 г. в Caries Research, показывают, что фторид сам по себе не может предотвратить эрозию зубов, которая может привести к повышенной чувствительности зубов, как и фторид в сочетании с другими защитными агентами.Авторы предполагают, что защитные продукты, содержащие тетрафторид титана, ионы поливалентных металлов и некоторые полимеры, могут обеспечить большую защиту. Автор сказал, что необходимы дополнительные исследования для определения эффективности этих добавок. По данным Pocket Dentistry, некоторые зубные пасты содержат потенциально защитные полимеры. Эти полимеры представляют собой ингредиенты зубной пасты: арбоксиметилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу и полиэтиленгликоль.

   По данным Ассоциации стоматологических директоров штатов и территорий (ASTDD), в 2014 году FDA одобрило использование фторида диамина серебра для лечения чувствительности зубов.Местное лечение давно популярно в Азии и Европе и используется для предотвращения боли и кариеса. Краткосрочное клиническое испытание 2011 года в Перу, опубликованное в Journal of Dental Research, показало, что у участников с повышенной чувствительностью зубов, которые подвергались местному нанесению диамина фторида серебра, уровень боли значительно снизился. Применение фторида диамина серебра приводит к более твердой поверхности зубов, помогая предотвратить дальнейшее разрушение. Он также защищает обнаженный дентин от потенциально болезненных раздражителей.

   Согласно ASTDD, лечение диамином-фторидом серебра должно выполняться практикующим стоматологом. Обычно фторид диамина серебра применяется два раза в год. При нанесении на участки разложившегося дентина фторид диамина серебра приводит к образованию стойкого черного пятна на зубе. Люди с аллергией на серебро не должны использовать это лечение.

   .