CN106124960B - 便携式三针硅材料导电类型测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了便携式三针硅材料导电类型测量装置，呈笔筒形状，由保护盖、中间套筒、供电套筒、自锁开关、探针、集成电路板、提示灯孔、USB插孔、电源供电电路板、电池盒组成；其特征是中间套筒一侧螺纹连接保护盖，其另一侧螺纹连接供电套筒，供电套筒的末端孔内设置自锁开关；中间套筒的内部设置有三个红、黄、绿色ＬＥＤ提示灯的集成电路板；本发明的有益效果是采用USB、干电池供电，功耗低；测量技术上用稳定的0‑12V方波和6V基准电压去测量；测量结果采用标有提示字段的LED灯提示；主体部分采用不锈钢材料，结实耐用，方便拆卸维修和更换电池；体积小，携带方便，效率高。

Description

便携式三针硅材料导电类型测量装置

技术领域

本发明涉及硅材料导电类型测量设备技术领域，特别是涉及一种便携式三针硅材料导电类型测量装置。

背景技术

硅料包括 P型硅料、N 型硅料以及电阻率低的重掺硅料，如果要将这些细碎硅料重新用作多晶硅铸锭或是单晶拉制的原料，必须严格控制这些硅料的导电类型和电阻率。目前，用于检测半导体硅材料导电类型的方法很多，但使用最多的是温差法和整流法。但同时能够分选硅料 P/N 型及重掺的测试方法主要是整流法，即三探针法，这种方法主要是将三根探针直线排列封装在一根圆柱型笔筒上，再用导线和分选仪主机相连，组成一套硅料分选设备。当三根探针同时接触到硅料时，分选仪主机上可以显示出硅料是 P 型硅料，还是 N 型硅料，对于电阻率低的重掺硅料会发出报警的提示。目前常用的测量硅材料PN型设备，三根测试探针的长度一般都大于 0.6cm，在测试过程中，三根探针必须同时接触到硅料，因此待测硅料的几何长度必须在 0.6cm 以上才能进行测试。 另外，对于一些几何长度大于 0.6cm，但表面平整度较差的硅料，三根探针无法同时接触到硅料表面，导致无法对其测试。 采用该方法进行测试的具体方法是 ：一手握住硅料，另一只手操作探针笔，测试不方便，效率较低。

目前，关于检测半导体硅材料导电类型的测试设备及其仪器，已有相关的文献报道，如公开号为 CN201413381Y 的中国专利太阳能电池晶硅硅片导电类型测量装置，该太阳能电池晶硅硅片导电类型测量装置包括检测平台，检测平台上设置有壳体，壳体内设置有可伸缩的冷、热探针，所述的冷、热探针之间通过导线连接有电压表，所述的电压表置于壳体外部，热探针还通过热导线连接有加热器；公开号为 CN201594530U 的中国专利公开了一种可单手操作的镊子型硅料分选装置，该实用新型是利用温差法原理，将传统的双手操作改为单手操作，具体方案是将传统的探针该为镊子型探针，这样可以一只手握住镊子型探针，一只手用于拨动硅料，搬动硅料，也可以用于记录，从而提高工作效率。 该技术方案可以测试细碎硅料的 P/N 型，但无法测试出硅料的重掺特性；公开号为CN 202018493 U的中国专利公开了一种镊子型硅料导电类型测试装置，尤其涉及一种不规则的细碎硅料的导电类型测试装置，该装置包括测试主机、导线和接触件，三个接触件分别通过导线与测试主机连接，采用该装置可以检测一些传统三探针法无法检测的细碎硅料的 PN 型，同时还能挑出一些电阻率低的重掺硅料，本实用新型主要是利用整流法原理，将传统的三探针中的两根探针改为镊子型，这两根镊子型探针通过连接器连接，另外一根探针可不做改变，也可将其改为一块导体平板，测试主机上的显示器可显示出硅料的 PN 型，如果硅料是重掺，则会发出报警声，可以实现对一些尺寸较小或形状不规则的硅料进行测试，分选出硅料的导电类型或电阻率较低的重掺料。

目前测量硅材料PN型的技术设备存在的不足之处在于：

（1）市场上普遍采用的测量硅材料PN型现有设备属于台式设备，电路布局不合理，电路板不够集成化，电器元件放置不合理，电路板太大，造成此类台式设备体积过大，不易携带；（2）普遍采用220V交流供电，不易携带，使用不够方便，功耗较大，并且存在安全问题；（3）此类台式设备采用数码管显示相对设备来说过小，使用时需要测试人员先用探头接触材料，然后抬头进行观看，观察十分不方便，而且步骤繁琐，费工费时，效率很低。

因此有必要提出一种便携、有效的硅材料PN测量装置解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就是把体积过大且不易携带的硅材料PN测量设备集成为手持式的便携式设备，让使用者更高效的测量硅材料的PN型，同时操作更安全，更低耗。

本发明要解决的技术问题是电路板的高度集成化、硅材料PN型测量、硅材料重掺型测量，为克服上述现有技术设备的不足，本发明提供了一种便携式三针硅材料导电类型测量装置。

本发明解决其技术问题的技术方案为：所述便携式三针硅材料导电类型测量装置，由保护盖、中间套筒、供电套筒、自锁开关、探针、集成电路板、提示灯孔、USB插孔、电源供电电路板、电池盒组成，所述保护盖、中间套筒和供电套筒外部形状设置为圆筒形；所述保护盖的开口一侧设置中间套筒，所述中间套筒与保护盖螺纹连接；所述中间套筒另一侧设置供电套筒，所述供电套筒与中间套筒螺纹连接；所述供电套筒的末端设置自锁开关；所述中间套筒外侧面设置标有提示字段的三个提示灯孔，所述中间套筒内部设置集成电路板，所述集成电路板一端连接三个探针，所述探针设在保护盖内部；所述探针由一号探针、二号探针、三号探针组成；所述集成电路板另一端连接电源供电电路板，所述电源供电电路板设置在供电套筒内部并与自锁开关连接，所述电源供电电路板上设置有USB插孔和电池盒。

所述集成电路板包括12V\5V电源转换电路模块、基准方波发生模块、测量比较电路模块、发声电路模块；所述电源供电电路板上设置电池供电电路和USB供电电路模块；所述USB供电电路模块通过光电耦合开关U1和场效应管Q1连接电池供电电路，所述USB供电电路模块上设置有自锁开关。

所述电源供电电路板的电池供电电路由电池盒及内部干电池J3、光电耦合开关U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、二线接线端子J1组成；所述光电耦合开关U1为TLP521可控制的光电藕合器件；所述干电池J3的正极连接光电耦合开关U1的集电极，所述光电耦合开关U1的发射极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与电阻R3一端串联，电阻R3另一端接地；所述光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端连接，所述电阻R1另一端的与二线接线端子J1一号端子连接；所述光电耦合开关U1的负正极与电容C1一端连接后，再与所述二线接线端子J1的二号端子连接并接地；所述电容C1的另一端与光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端的接点连接；所述电容C1与电阻R1组成稳压整流RC滤波电路；

所述电源供电电路板的USB供电电路模块由二线接线端子J2、切换按钮S1、二极管D1、二极管D2、场效应管Q1组成；所述场效应管Q1为增强型场效应管MOSFETP；所述二线接线端子J2的一号端子接地，其二号端子连接切换按钮S1一端的二号、三号引脚；所述切换按钮S1的另一端引脚中的四号引脚接地，其一号引脚连接二极管D1和二极管D2的负极；所述二极管D2的正极连接场效应管Q1的漏极；所述场效应管Q1的源极连接干电池J3的正极；所述场效应管Q1的栅极连接电阻R2和电阻R3连接点；所述二极管D1的正极连接电阻R1与二线接线端子J1一号端子的连接点；

所述电源供电电路板上的切换按钮S1与自锁开关机械连接，组成按钮自锁开关。

所述集成电路板的电源转换电路模块包括12V电源转换电路模块、5V电源转换电路模块；

所述12V电源转换电路模块包括升降压模块芯片UP1、二线接线端子P1、电容CP1、电容CP2、电容CP3、电容C1、电感LP1、电感L3、电感L4、电感L5、电阻RP1、电阻RP2、电阻RP4、电阻R16、稳压二极管D1、稳压二极管DP1；所述升降压模块芯片UP1为 LM2577集成芯片; 所述升降压模块芯片UP1的COMP引脚与电阻RP1一端连接，电阻RP1另一端与电容CP1一端连接，所述电容CP1另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的GND引脚接地；所述升降压模块芯片UP1的VIN引脚连接电容CP2的一端和电感LP1的一端，同时其VIN引脚连接二线接线端子P1的一号端子，所述二线接线端子P1的二号端子连接电容CP2的另一端并接地；所述升降压模块芯片UP1的FB引脚连接电阻RP2一端，所述电阻RP2另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的SWITCH引脚连接稳压二极管D1的正极和电感LP1的另一端，所述稳压二极管D1的负极连接极性电容CP3的正极，所述极性电容CP3的负极接地；所述极性电容CP3与电容C1并联，其并联接点与电阻RP4串联；所述电阻RP4与电阻R16串联，其串联接点与升降压模块芯片UP1的FB引脚和电阻RP2的接点连接；所述电阻RP4与电容C1的连接点连接稳压二极管DP1的正极，所述稳压二极管DP1的负极串联电感L3，所述电感L3串联电感L4，所述电感L4串联电感L5一端，所述电感L5另一端连接12V电压输出端；

所述5V电源转换电路模块包括降压模块芯片U2、电容CP5、电容CP6、电阻R18、电感L6、电感L7；所述降压模块芯片U2为LM1117-5集成芯片; 所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接电容CP5的一端，所述电容CP5的另一端接地；所述降压模块芯片U2的GND引脚接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电容CP6的一端，所述电容CP6的另一端接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电阻R18一端，所述电阻R18另一端串联电感L6，所述电感L6串联电感L7，所述电感L7另一端连接5V电压输出端。

所述集成电路板设置为双面板；所述集成电路板的基准方波发生模块包括基准方波发生芯片U1、电阻RP6、电阻RP7、电阻RP8、电阻RP9、电阻RP10、电容CP4、电容C3、电容C4；所述基准方波发生芯片U1为SG3525集成芯片; 所述基准方波发生芯片U1的一号引脚连接电阻RP8的一端，所述电阻RP8的另一端接地；所述基准方波发生芯片U1的二号引脚连接电阻RP7的一端，所述电阻RP7的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的五号引脚连接电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的六号引脚连接电阻RP9的一端，所述电阻RP9的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的七号引脚连接电阻RP10的一端，所述电阻RP10的另一端连接基准方波发生芯片U1的五号引脚；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的十号引脚连接电容C4的一端并接地，所述电容C4的另一端连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十二号引脚接地；所述基准方波发生芯片U1的十三号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十五号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十六号引脚连接电阻RP6的一端，所述电阻RP6的另一端连接所述基准方波发生芯片U1的二号引脚；

所述集成电路板的测量比较电路模块包括三线接线端子P2、比较器芯片JP1、比较器芯片JP2、发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、电阻R2、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R17、电容C2、电容C5、电感L1、电感L2；所述比较器芯片JP1、比较器芯片JP2型号均为LM393集成芯片，在集成电路板的双面两侧对称布置；所述发光二极管LED1为红色LED灯，所述发光二极管LED2为绿色LED灯，所述发光二极管LED3为黄色LED灯；所述三线接线端子P2的一号引脚连接基准方波发生芯片U1的十一号引脚；所述三线接线端子P2的二号引脚连接电阻R5的一端和比较器芯片JP1的三号引脚，所述电阻R5的另一端连接比较器芯片JP1的二号引脚；所述比较器芯片JP1的六号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP1的一号引脚连接发光二极管LED1的负极，所述发光二极管LED1的正极连接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端接地；

所述三线接线端子P2的二号引脚连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接电容C2的一端，所述电容C2的另一端连接比较器芯片JP1的三号引脚；所述电阻R5的另一端连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接比较器芯片JP1的三号引脚；

所述电阻R5的另一端连接电感L1的一端，所述电感L1的另一端连接电容C5的一端和比较器芯片JP2的五号引脚，所述电容C5的另一端连接比较器芯片JP2的三号引脚；所述比较器芯片JP2的八号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP2的一号引脚连接发光二极管LED2的负极，所述发光二极管LED2的正极连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP2的七号引脚连接发光二极管LED3的负极，所述发光二极管LED3的正极连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP2的四号引脚接地；所述比较器芯片JP2的六号引脚连接电感L2的一端，所述电感L2的另一端连接三线接线端子P2的三号引脚；

所述集成电路板的发声电路模块包括场效应管Q2、蜂鸣器LS1组成；所述场效应管Q2为增强型场效应管MOSFETP；所述场效应管Q2源极和栅极连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述场效应管Q2源极连接发光二极管LED1的正极与电阻R7的接点；所述场效应管Q2漏极连接蜂鸣器LS1的一号引脚，所述蜂鸣器LS1的另一号引脚接地。

所述的12V电源转换电路模块二线接线端子P1连接电源供电电路板的二线接线端子J1。

所述集成电路板测量比较电路模块的三线接线端子P2连接三探针；所述三线接线端子P2的一号引脚连接三探针的一号探针；所述三线接线端子P2的二号引脚连接三探针的二号探针；所述三线接线端子P2的三号引脚连接三探针的三号探针。

所述的保护盖、中间套筒、供电套筒采用304不锈钢材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面：

（1）本发明所述便携式三针硅材料导电类型测量装置，设置有供电模块，采用3-12V电池或5V USB供电，在没有USB供电时消耗电池供电，当插入USB时，切断电池供电，切换到USB供电；设置有稳压整流RC滤波电路，输入电压在3-12V之间均可输出稳定的电压，来驱动装置正常运行；插入USB时，通过光电耦合开关和场效应管共同控制来切断电池供电，即USB高电平驱动光电耦合开关输出低电平，控制场效应管关断电池供电，切换到USB供电模式，再经过稳压整流RC滤波电路模块实现输出稳定5V电压，确保测试电能和使用安全。

（2）传统三探针采用的交流信号波形是正弦波，原有传统设备进行硅材料PN型测量是用正弦波去试探硅材料，返回值显示在数码管上。本发明在硅材料PN型测量原理上有本质区别，本发明是用0-12V方波去试探硅材，中间加一个6V的电压，会产生一个稳定0-6V的方波，返回值时再加一个比较器，然后把结果显示到LED指示灯，用于提示用户。本发明采用的交流信号波形是方波，方波信号比正弦波信号稳定，采用电压调节芯片SG3525，其引脚16为SG3525的基准电压源输出，精度可以达到（5.1±1％）V，采用了温度补偿，而且设有过流保护电路，确保安全。

（3）传统三探针无基准电压做对比，本发明加入基准电压：在12V的方波信号加入一个6V的基准电压，产生-6V到+6V的交流信号，通过三极管、电容、电阻的共同作用，形成一个稳定的交流信号，输出到1号探针做基准电压。

（4）传统三探针不可对硅材料重掺型测量，本发明在比较器的后面加一个电阻，输出电流后通过一个场效应管MOSFETP，用来驱动蜂鸣器，当硅材料为重掺型时就会发出报警声。

（5）本发明所述便携式三针硅材料导电类型测量装置，体积小，装置呈圆筒形，携带方便，手持更舒服，操作上大大提高工人对硅材料PN型测量的效率；采用USB、干电池供电，功耗低，电压安全；保护盖、中间套筒、供电套筒采用不锈钢材料并用螺纹连接，结实耐用，可拆卸，方便更换电池或维修；操作时装置主体有LED灯提示，并标有提示字段，简单易学。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图。

图2 为本发明的电路模块结构示意图。

图3 为本发明的电源供电模块的电路原理图。

图4 为本发明的电源转换电路模块输出12V的电路原理图。

图5 为本发明的电源转换电路模块输出5V的电路原理图。

图6 为本发明的集成电路板的基准方波发生模块电路原理图。

图7 为本发明的集成电路板的测量比较和发声模块电路原理图。

附图1中：1.保护盖，2. 中间套筒，3. 供电套筒，4. 自锁开关，5. 探针，6. 集成电路板，7. 提示灯孔，8. USB插孔，9. 电源供电电路板，10. 电池盒。

具体实施方式

结合附图1至图7对本发明进一步详细描述，以便公众更好地掌握本发明的实施方法，本发明具体的实施方案为：

如图 1所示，本发明所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，由保护盖1、中间套筒2、供电套筒3、自锁开关4、探针5、集成电路板6、提示灯孔7、USB插孔8、电源供电电路板9、电池盒10组成；所述保护盖1、中间套筒2和供电套筒3外部形状设置为圆筒形；所述保护盖1的开口一侧设置中间套筒2，所述中间套筒2与保护盖1螺纹连接；所述中间套筒2另一侧设置供电套筒3，所述供电套筒3与中间套筒2螺纹连接；所述供电套筒3的末端设置自锁开关4；所述中间套筒2外侧面设置标有提示字段的三个提示灯孔7，所述中间套筒2内部设置集成电路板6，所述集成电路板6一端连接三个探针5，所述探针5设在保护盖1内部；所述探针5由一号探针、二号探针、三号探针组成；所述集成电路板6另一端连接电源供电电路板9，所述电源供电电路板9设置在供电套筒3内部并与自锁开关4连接，所述电源供电电路板9上设置有USB插孔8和电池盒10。

如图 1、图 2所示，本发明所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，所述集成电路板6包括12V\5V电源转换电路模块、基准方波发生模块、测量比较电路模块、发声电路模块；所述电源供电电路板9上设置电池供电电路和USB供电电路模块；所述USB供电电路模块通过光电耦合开关U1和场效应管Q1连接电池供电电路，所述USB供电电路模块上设置有自锁开关4。

如图 1、图 2所示，本发明所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，所述电源供电电路板9的电池供电电路由电池盒10及内部干电池J3、光电耦合开关U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、二线接线端子J1组成；所述光电耦合开关U1为TLP521可控制的光电藕合器件；所述干电池J3的正极连接光电耦合开关U1的集电极，所述光电耦合开关U1的发射极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与电阻R3一端串联，电阻R3另一端接地；所述光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端连接，所述电阻R1另一端的与二线接线端子J1一号端子连接；所述光电耦合开关U1的负正极与电容C1一端连接后，再与所述二线接线端子J1的二号端子连接并接地；所述电容C1的另一端与光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端的接点连接；所述电容C1与电阻R1组成稳压整流RC滤波电路；

所述电源供电电路板9的USB供电电路模块由二线接线端子J2、切换按钮S1、二极管D1、二极管D2、场效应管Q1组成；所述场效应管Q1为增强型场效应管MOSFETP；所述二线接线端子J2的一号端子接地，其二号端子连接切换按钮S1一端的二号、三号引脚；所述切换按钮S1的另一端引脚中的四号引脚接地，其一号引脚连接二极管D1和二极管D2的负极；所述二极管D2的正极连接场效应管Q1的漏极；所述场效应管Q1的源极连接干电池J3的正极；所述场效应管Q1的栅极连接电阻R2和电阻R3连接点；所述二极管D1的正极连接电阻R1与二线接线端子J1一号端子的连接点；

所述电源供电电路板9上的切换按钮S1与自锁开关（4）机械连接，组成按钮自锁开关；

实际工作时，电池供电时输入12V电压工作，经过稳压整流RC滤波电路模块输出稳定的电压；USB供电时，通过光电耦合开关(TLP521)和场效应管共同控制来切断电池供电，切换到USB供电模式，经过稳压整流RC滤波电路模块实现输出稳定5V电压。当接入USB外供电时，USB高电平驱动驱动光电耦合开关输出低电平，控制场效应管关断电池供电。

如图 2、图 4、图 5所示，本发明所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，所述集成电路板（6）的电源转换电路模块包括12V电源转换电路模块、5V电源转换电路模块；

所述12V电源转换电路模块包括升降压模块芯片UP1、二线接线端子P1、电容CP1、电容CP2、电容CP3、电容C1、电感LP1、电感L3、电感L4、电感L5、电阻RP1、电阻RP2、电阻RP4、电阻R16、稳压二极管D1、稳压二极管DP1；所述升降压模块芯片UP1为 LM2577集成芯片; 所述升降压模块芯片UP1的COMP引脚与电阻RP1一端连接，电阻RP1另一端与电容CP1一端连接，所述电容CP1另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的GND引脚接地；所述升降压模块芯片UP1的VIN引脚连接电容CP2的一端和电感LP1的一端，同时其VIN引脚连接二线接线端子P1的一号端子，所述二线接线端子P1的二号端子连接电容CP2的另一端并接地；所述升降压模块芯片UP1的FB引脚连接电阻RP2一端，所述电阻RP2另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的SWITCH引脚连接稳压二极管D1的正极和电感LP1的另一端，所述稳压二极管D1的负极连接极性电容CP3的正极，所述极性电容CP3的负极接地；所述极性电容CP3与电容C1并联，其并联接点与电阻RP4串联；所述电阻RP4与电阻R16串联，其串联接点与升降压模块芯片UP1的FB引脚和电阻RP2的接点连接；所述电阻RP4与电容C1的连接点连接稳压二极管DP1的正极，所述稳压二极管DP1的负极串联电感L3，所述电感L3串联电感L4，所述电感L4串联电感L5一端，所述电感L5另一端连接12V电压输出端；

所述5V电源转换电路模块包括降压模块芯片U2、电容CP5、电容CP6、电阻R18、电感L6、电感L7；所述降压模块芯片U2为LM1117-5集成芯片; 所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接电容CP5的一端，所述电容CP5的另一端接地；所述降压模块芯片U2的GND引脚接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电容CP6的一端，所述电容CP6的另一端接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电阻R18一端，所述电阻R18另一端串联电感L6，所述电感L6串联电感L7，所述电感L7另一端连接5V电压输出端；

实际工作时，当供电模块电源输入，主板上的升降压模块LM2577芯片、LM1117-5对输入的电源进行升降压处理，输出稳定的12V电源。

如图 2、图 6所示，本发明所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，所述集成电路板6为双面板；所述集成电路板6的基准方波发生模块包括基准方波发生芯片U1、电阻RP6、电阻RP7、电阻RP8、电阻RP9、电阻RP10、电容CP4、电容C3、电容C4；所述基准方波发生芯片U1为SG3525集成芯片； 所述基准方波发生芯片U1的一号引脚连接电阻RP8的一端，所述电阻RP8的另一端接地；所述基准方波发生芯片U1的二号引脚连接电阻RP7的一端，所述电阻RP7的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的五号引脚连接电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的六号引脚连接电阻RP9的一端，所述电阻RP9的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的七号引脚连接电阻RP10的一端，所述电阻RP10的另一端连接基准方波发生芯片U1的五号引脚；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的十号引脚连接电容C4的一端并接地，所述电容C4的另一端连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十二号引脚接地；所述基准方波发生芯片U1的十三号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十五号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十六号引脚连接电阻RP6的一端，所述电阻RP6的另一端连接所述基准方波发生芯片U1的二号引脚；

实际工作时，输入电源转换模块的电压到SG3525芯片进行处理，在SG3525芯片的第十一脚输出稳定的方波信号，输出到三探针第一探针作为基准参考方波。

如图 2、图 7所示，本发明所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，所述集成电路板6的测量比较电路模块包括三线接线端子P2、比较器芯片JP1、比较器芯片JP2、发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、电阻R2、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R17、电容C2、电容C5、电感L1、电感L2；所述比较器芯片JP1、比较器芯片JP2型号均为LM393集成芯片，在集成电路板6的双面两侧对称布置；所述发光二极管LED1为红色LED灯，所述发光二极管LED2为绿色LED灯，所述发光二极管LED3为黄色LED灯；所述三线接线端子P2的一号引脚连接基准方波发生芯片U1的十一号引脚；所述三线接线端子P2的二号引脚连接电阻R5的一端和比较器芯片JP1的三号引脚，所述电阻R5的另一端连接比较器芯片JP1的二号引脚；所述比较器芯片JP1的六号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP1的一号引脚连接发光二极管LED1的负极，所述发光二极管LED1的正极连接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端接地；

所述三线接线端子P2的二号引脚连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接电容C2的一端，所述电容C2的另一端连接比较器芯片JP1的三号引脚；所述电阻R5的另一端连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接比较器芯片JP1的三号引脚；

所述电阻R5的另一端连接电感L1的一端，所述电感L1的另一端连接电容C5的一端和比较器芯片JP2的五号引脚，所述电容C5的另一端连接比较器芯片JP2的三号引脚；所述比较器芯片JP2的八号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP2的一号引脚连接发光二极管LED2的负极，所述发光二极管LED2的正极连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP2的七号引脚连接发光二极管LED3的负极，所述发光二极管LED3的正极连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP2的四号引脚接地；所述比较器芯片JP2的六号引脚连接电感L2的一端，所述电感L2的另一端连接三线接线端子P2的三号引脚；

所述集成电路板6的发声电路模块包括场效应管Q2、蜂鸣器LS1组成；所述场效应管Q2为增强型场效应管MOSFETP；所述场效应管Q2源极和栅极连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述场效应管Q2源极连接发光二极管LED1的正极与电阻R7的接点；所述场效应管Q2漏极连接蜂鸣器LS1的一号引脚，所述蜂鸣器LS1的另一号引脚接地；

实际工作时，输入电源转换模块输出的12V电压，经过R5电阻和一个滑动变阻器的调节，产生6V的测量参考电压，输出到三探针的二号探针。从三探针的二号探针引出6V电信号，并设计外围比较电路，与三号探针测量电压从限流电阻R5前后取出一个信号接到一路LM393芯片进行比较，输出端接红色LED1灯与场效应管Q2的栅极来控制红色发光二极管LED1与场效应管的开关，实现重掺报警。三探针的二号、三号探针两路引至测量比较模块中的电感末端，将信号分别与LM393两路比较器进行正反接，正接信号输出接入绿色发光二极管LED2负极部分，反接信号输出端接黄色发光二极管LED3负极，分别实现P型和N型的测量同时提示灯亮起。

如图 3、图 4所示，本发明所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，所述的12V电源转换电路模块二线接线端子P1连接电源供电电路板9的二线接线端子J1。

如图 1、图 7所示，本发明所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，所述集成电路板6测量比较电路模块的三线接线端子P2连接三探针5；所述三线接线端子P2的一号引脚连接三探针5的一号探针；所述三线接线端子P2的二号引脚连接三探针5的二号探针；所述三线接线端子P2的三号引脚连接三探针5的三号探针。

使用时需要测试人员手持本发明所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置用探头接触材料，根据中间套筒设置的三个红、黄、绿色ＬＥＤ提示灯和提示字段，继而判定硅材料P型、重掺型、N型。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

（1）本发明所述便携式三针硅材料导电类型测量装置，与采用家用电220V供电且使用很不方便的传统三探针相比，采用3-12V电池或5V USB供电，在没有USB供电时消耗电池供电，当插入USB时，切断电池供电，切换到USB供电；稳压整流RC滤波电路，输入电压在3-12V之间均可输出稳定的电压，来驱动装置正常运行；插入USB时，通过光电耦合开关和场效应管共同控制来切断电池供电，即USB高电平驱动光电耦合开关输出低电平，控制场效应管关断电池供电，切换到USB供电模式，再经过稳压整流RC滤波电路模块实现输出稳定5V电压。

（2）传统三探针采用的交流信号波形是正弦波，原有传统设备进行硅材料PN型测量是用正弦波去试探硅材料，返回值显示在数码管上。本发明所述便携式三针硅材料导电类型测量装置在硅材料PN型测量原理上有本质区别，本发明是用0-12V方波去试探硅材，中间加一个6V的电压，会产生一个稳定0-6V的方波，返回值时再加一个比较器，然后把结果显示到LED指示灯用于提示用户。本发明采用的交流信号波形是方波，方波信号比正弦波信号稳定，用到的技术是采用电压调节芯片SG3525，其引脚16为SG3525的基准电压源输出，精度可以达到（5.1±1％）V，采用了温度补偿，而且设有过流保护电路。

（3）传统三探针无基准电压做对比，本发明所述便携式三针硅材料导电类型测量装置加入基准电压：在12V的方波信号加入一个6V的基准电压，产生-6V到+6V的交流信号，通过三极管、电容、电阻的共同作用，形成一个稳定的交流信号，输出到1号探针做基准电压。

（4）传统三探针不可对硅材料重掺型测量，本发明所述便携式三针硅材料导电类型测量装置是在PN型测量的基础之上，在比较器的后面加一个电阻，输出电流后通过一个场效应管MOSFETP，用来驱动蜂鸣器，当硅材料为重掺型时就会发出报警声。

（5）本发明所述便携式三针硅材料导电类型测量装置，体积小，装置呈笔筒形，携带方便，手持更舒服，操作上大大提高工人对硅材料PN型测量的效率；采用USB、干电池供电，功耗低，电压安全；保护盖、中间套筒、供电套筒采用不锈钢材料并用螺纹连接，结实耐用，可拆卸，方便更换电池或维修；操作时装置主体有LED灯提示，并标有提示字段，简单易学。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种便携式三针硅材料导电类型测量装置，包括保护盖（1）、中间套筒（2）、供电套筒（3）、自锁开关（4）、探针（5）、集成电路板（6）、提示灯孔（7）、USB插孔（8）、电源供电电路板（9）、电池盒（10），其特征在于所述保护盖（1）、中间套筒（2）和供电套筒（3）的外部形状均设置为圆筒形；所述保护盖（1）的开口一侧设置中间套筒（2），所述中间套筒（2）与保护盖（1）螺纹连接；所述中间套筒（2）另一端设置供电套筒（3），所述供电套筒（3）与中间套筒（2）螺纹连接；所述供电套筒（3）的末端设置有自锁开关（4）；所述中间套筒（2）外侧面设置有标有提示字段的三个提示灯孔（7），所述中间套筒（2）内部设置集成电路板（6），所述集成电路板（6）一端连接三个探针（5），所述探针（5）设在保护盖（1）内部；所述探针（5）由一号探针、二号探针、三号探针组成；所述集成电路板（6）另一端连接电源供电电路板（9），所述电源供电电路板（9）设置在供电套筒（3）内部并与自锁开关（4）连接，所述电源供电电路板（9）上设置有USB插孔（8）和电池盒（10）。

2.根据权利要求1所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，其特征在于所述集成电路板（6）包括12V/5V电源转换电路模块、基准方波发生模块、测量比较电路模块、发声电路模块。

3.根据权利要求1所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，其特征在于所述电源供电电路板（9）上设置有电池供电电路和USB供电电路模块；所述USB供电电路模块通过光电耦合开关U1和场效应管Q1连接电池供电电路，所述USB供电电路模块上设置有自锁开关（4）。

4.根据权利要求3所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，其特征在于所述电源供电电路板（9）的电池供电电路由电池盒（10）及内部干电池J3、光电耦合开关U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、二线接线端子J1组成；所述光电耦合开关U1为可控制的光电藕合器件；所述干电池J3的正极连接光电耦合开关U1的集电极，所述光电耦合开关U1的发射极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与电阻R3一端串联，电阻R3另一端接地；所述光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端连接，所述电阻R1另一端的与二线接线端子J1一号端子连接；所述光电耦合开关U1的负正极与电容C1一端连接后，再与所述二线接线端子J1的二号端子连接并接地；所述电容C1的另一端与光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端的接点连接；所述电容C1与电阻R1组成稳压整流RC滤波电路；

所述电源供电电路板（9）的USB供电电路模块由二线接线端子J2、切换按钮S1、二极管D1、二极管D2、场效应管Q1组成；所述场效应管Q1为增强型场效应管；所述二线接线端子J2的一号端子接地，其二号端子连接切换按钮S1一端的二号、三号引脚；所述切换按钮S1的另一端引脚中的四号引脚接地，其一号引脚连接二极管D1和二极管D2的负极；所述二极管D2的正极连接场效应管Q1的漏极；所述场效应管Q1的源极连接干电池J3的正极；所述场效应管Q1的栅极连接电阻R2和电阻R3连接点；所述二极管D1的正极连接电阻R1与二线接线端子J1一号端子的连接点；所述电源供电电路板（9）上的切换按钮S1与自锁开关（4）机械方式连接，组成按钮切换开关。

5.根据权利要求1～4任一项所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，其特征在于所述集成电路板（6）的电源转换电路模块包括12V电源转换电路模块、5V电源转换电路模块；

所述12V电源转换电路模块包括升降压模块芯片UP1、二线接线端子P1、电容CP1、电容CP2、电容CP3、电容C1、电感LP1、电感L3、电感L4、电感L5、电阻RP1、电阻RP2、电阻RP4、电阻R16、稳压二极管D1、稳压二极管DP1；所述升降压模块芯片UP1为LM2577集成芯片；所述升降压模块芯片UP1的COMP引脚与电阻RP1一端连接，电阻RP1另一端与电容CP1一端连接，所述电容CP1另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的GND引脚接地；所述升降压模块芯片UP1的VIN引脚连接电容CP2的一端和电感LP1的一端，同时其VIN引脚连接二线接线端子P1的一号端子，所述二线接线端子P1的二号端子连接电容CP2的另一端并接地；所述升降压模块芯片UP1的FB引脚连接电阻RP2一端，所述电阻RP2另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的SWITCH引脚连接稳压二极管D1的正极和电感LP1的另一端，所述稳压二极管D1的负极连接极性电容CP3的正极，所述极性电容CP3的负极接地；所述极性电容CP3与电容C1并联，其并联接点与电阻RP4串联；所述电阻RP4与电阻R16串联，其串联接点与升降压模块芯片UP1的FB引脚和电阻RP2的接点连接；所述电阻RP4与电容C1的连接点连接稳压二极管DP1的正极，所述稳压二极管DP1的负极串联电感L3，所述电感L3串联电感L4，所述电感L4串联电感L5一端，所述电感L5另一端连接12V电压输出端；

所述5V电源转换电路模块包括降压模块芯片U2、电容CP5、电容CP6、电阻R18、电感L6、电感L7；所述降压模块芯片U2为LM1117-5集成芯片；所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接电容CP5的一端，所述电容CP5的另一端接地；所述降压模块芯片U2的GND引脚接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电容CP6的一端，所述电容CP6的另一端接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电阻R18一端，所述电阻R18另一端串联电感L6，所述电感L6串联电感L7，所述电感L7另一端连接5V电压输出端。

6.根据权利要求5所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，其特征在于所述集成电路板（6）设置为双面板；所述集成电路板（6）的基准方波发生模块包括基准方波发生芯片U1、电阻RP6、电阻RP7、电阻RP8、电阻RP9、电阻RP10、电容CP4、电容C3、电容C4；所述基准方波发生芯片U1为SG3525集成芯片；所述基准方波发生芯片U1的一号引脚连接电阻RP8的一端，所述电阻RP8的另一端接地；所述基准方波发生芯片U1的二号引脚连接电阻RP7的一端，所述电阻RP7的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的五号引脚连接电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的六号引脚连接电阻RP9的一端，所述电阻RP9的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的七号引脚连接电阻RP10的一端，所述电阻RP10的另一端连接基准方波发生芯片U1的五号引脚；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的十号引脚连接电容C4的一端并接地，所述电容C4的另一端连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十二号引脚接地；所述基准方波发生芯片U1的十三号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十五号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十六号引脚连接电阻RP6的一端，所述电阻RP6的另一端连接所述基准方波发生芯片U1的二号引脚；

所述集成电路板（6）的测量比较电路模块包括三线接线端子P2、比较器芯片JP1、比较器芯片JP2、发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、电阻R2、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R17、电容C2、电容C5、电感L1、电感L2；所述比较器芯片JP1、比较器芯片JP2型号均为LM393集成芯片，在集成电路板（6）的双面两侧对称布置；所述发光二极管LED1为红色LED灯，所述发光二极管LED2为绿色LED灯，所述发光二极管LED3为黄色LED灯；所述三线接线端子P2的一号引脚连接基准方波发生芯片U1的十一号引脚；所述三线接线端子P2的二号引脚连接电阻R5的一端和比较器芯片JP1的三号引脚，所述电阻R5的另一端连接比较器芯片JP1的二号引脚；所述比较器芯片JP1的六号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP1的一号引脚连接发光二极管LED1的负极，所述发光二极管LED1的正极连接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端接地；

所述三线接线端子P2的二号引脚连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接电容C2的一端，所述电容C2的另一端连接比较器芯片JP1的三号引脚；

所述电阻R5的另一端连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接比较器芯片JP1的三号引脚；所述电阻R5的另一端连接电感L1的一端，所述电感L1的另一端连接电容C5的一端和比较器芯片JP2的五号引脚，所述电容C5的另一端连接比较器芯片JP2的三号引脚；所述比较器芯片JP2的八号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP2的一号引脚连接发光二极管LED2的负极，所述发光二极管LED2的正极连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP2的七号引脚连接发光二极管LED3的负极，所述发光二极管LED3的正极连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述比较器芯片JP2的四号引脚接地；所述比较器芯片JP2的六号引脚连接电感L2的一端，所述电感L2的另一端连接三线接线端子P2的三号引脚；

所述集成电路板（6）的发声电路模块包括场效应管Q2、蜂鸣器LS1组成；所述场效应管Q2为增强型场效应管；所述场效应管Q2源极和栅极连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述场效应管Q2源极连接发光二极管LED1的正极与电阻R7的接点；所述场效应管Q2漏极连接蜂鸣器LS1的一号引脚，所述蜂鸣器LS1的另一号引脚接地。

7.根据权利要求6所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，其特征在于所述的12V电源转换电路模块二线接线端子P1连接电源供电电路板（9）的二线接线端子J1。

8.根据权利要求6所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，其特征在于所述集成电路板（6）测量比较电路模块的三线接线端子P2连接三探针（5）；所述三线接线端子P2的一号引脚连接三探针（5）的一号探针；所述三线接线端子P2的二号引脚连接三探针（5）的二号探针；所述三线接线端子P2的三号引脚连接三探针（5）的三号探针。

9.根据权利要求1所述的便携式三针硅材料导电类型测量装置，其特征在于所述的保护盖（1）、中间套筒（2）、供电套筒（3）采用304不锈钢材料。

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