电子助听器

电子助听器 目 录 1 课程设计的目的 ............................................................................................................. 1 1.1 电子助听器的总体概述 ................................................................................ 1 1.2 设计目的 ................................................................................................................ 1 2 课程设计的任务与要求 ............................................................................................. 2 2.1 设计任务 ................................................................................................................ 2 2.2 设计要求 ................................................................................................................ 2 2.3 技术指标 ................................................................................................................ 2 3 设计的论证 ............................................................................................................. 2 4 设计原理及功能说明 ................................................................................................... 3 4.1 元器件功能........................................................................................................... 3 4.2 设计原理 ................................................................................................................ 6 4.3 功能说明 ................................................................................................................ 6 5 单元电路的设计 ............................................................................................................. 6 6 硬件的制作和调试 ........................................................................................................ 7 6.1 硬件的制作........................................................................................................... 7 6.2 硬件的调试........................................................................................................... 7 7 总结 ........................................................................................................................................ 7 参考文献 ..................................................................................................................................... 9 附录1:总体电路原理图 ............................................................................................... 10 附录2:实物图 ..................................................................................................................... 11 附录3:元器件清单 .......................................................................................................... 12 1 课程设计的目的 1.1 电子助听器的总体概述 处于电子科技的时代，利用电子技术实现的自动控制在各个领域中发挥着越来越重要的作用。本设计就是基于对模电课程的设计来提高自身对实际问的及解决能力。随着社会的不断发展，生活节奏的加快，各种污染在生活中愈演愈烈，从儿童至老年越来越多的人们出现听力障碍，电子助听器为苦恼的他们带来了福音。助听器简单的说就是一个超小型的扩音器 ，把原本听力障碍患者听不到的声音，依照其需求加以扩大，再利用患者的残余听力，将声音送到大脑的听觉中枢而听到声音。各种类型的助听器 ，主要不同之处在于外型、大小及内部电路设计。我们此次设计的助听器具有所用器件少，音质清晰，体积小的优点。 1.2 设计目的 电子技术课程设计是电子信息的必须课，是继模拟电子技术，电焊实习结束后进行的教学环节，其目的是: (1)培养理论联系实际的的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 (2)学习较为复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟电路等知识解决电子信息方面常见的实际问题能力，有自己自行设计、自行制作和自行调试的能力。 (3)基于基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册;标准和以及使用仿真软件、运用实验设备进行调试。以上均巩固了之前实习所学的内容。 (4)学会利用Mutsim仿真软件。 (5)提高对电路的分析计算能力。 (6)提高自身专业方面的实际应用。通过这次的实训可以让我们更清楚的认识到自己的专业所需要的知识，以及自己所具备什么样的理论，学会学以致用。并且将平时所学习的理论知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力，创新意识，及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。同时通过这次实训也可以让我们进一步地了解助听器的原理，而不是仅局限与课本知识以内。从小的突破点入手， 1 掌握又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高,为国家的现代化做贡献，为国家的科技发展尽一份微薄的力量，为现代教育科学尽一份力量。 2 课程设计的任务与要求 2.1 设计任务 助听器 (hearing aid)是指一切有助于听力残疾者改善听觉障碍，进而提高与他人会话交际能力的工具、设备、装置和仪器等。 本次课程设计的这种微型助听器，采用专门设计的直接耦合式多级音频放大集成电路和少量电子器件组成，具有噪音低、稳定性高，功耗低、体积小，便于批量装配生产和成本低廉的特点，便于耳病患者携带使用。 2.2 设计要求 (1)电源可以用干电池(3v)代替，便于携带。 (2)当对话筒讲话时，能从耳机清晰接收。 (3)可以调节接听音量。 2.3 技术指标 (1)音频接收范围在30HZ—3000HZ之间，清晰接收。 (2)要求失真越小越好，小于10%。 3 设计方案的论证 方案一:由TDA2822双功放集成电路加上少量外围元件组成。 用TDA2822制作的助听器的方案.这个耳聋助听器由TDA2822双功放集成电路加上少量外围元件组成，它与市场上的普及机相比具有输出功率大、电压范围宽等特点，工作电压为1.8—15V，适合中、轻度耳聋患者使用。 工作原理:其工作原理较简单:驻极体话筒连接成高增益的漏极输出电路，并将外界声波转换成电信号。TDA2822组成BTL功放电路，对话筒输出的音频信号进行放大。 方案二:由晶体三极管构成的多级音频放大器对由声波信号转换来的电信号进行放大。 由晶体三极管VT1,VT3构成的多级音频放大器。VT1与外围阻容元件组成了典型的阻容耦合放大电路，担任前置音频电压放大;VT2、VT3组成了两级直 2 接耦合式功率放大电路，其中:VT3接成发射极输出形式，它的输出阻抗较低，以便与8Ω低阻耳塞式耳机相匹配。 两者比较: 由晶体三极管构成的多级音频放大器成本相对的比方案一较经济且更加容易制作和调试，在这里我将对方案二进行研究。 4 设计原理及功能说明 4.1 元器件功能 晶体管NPN的功能 除了有对电流放大时,还有开关作用(即通、断作用),当基极加上正偏压，NPN型三极管即导通处于饱和状态及灯会亮,反之,三极管就不导通,灯不亮。 电解电容的性质 电解电容主要阻直流通交流，它可以储存电荷，进行充放电。滤波电容电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容(这里的高频是相对而言)。 低频滤波电容主要用于是电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。 驻极体话筒 驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。 声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。因而它的输出阻抗值很高(Xc,1, 3 2~tfc)，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极(S)、栅极(G)和漏极(D)三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。场效应管的栅极接金属极板。这样，驻极体话筒的输出线便有三根。即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。 驻极体话筒与电路的接法有两种: 源极输出与漏极输出。源极输出类似晶体三极管的射极输出。需用三根引出线。漏极D接电源正极。源极S与地之间接一电阻RS来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。编织线接地起屏蔽作用。源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大。但输出信号比漏极输出小。漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。只需两根引出线。漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD，信号由漏极D经电容C输出。源极S与编织线一起接地。漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。 RS和RD的大小要根据电源电压大小来决定。一般可在2(2,5(1k间选用。例如电源电压为6V时，RS为4(7k，RD为2。2k。图3输出电路中，若电源为正极接地时，只须将D、S对换一下，仍可成为源、漏极输出。一声控电路前置放大级中驻极体话筒的源极输出和漏极输出的两种不同的接法，最后要说明一点，不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管。 极性判别: 关于驻极体电容式话筒的检测方法是:首先检查引脚有无断线情况，然后检测驻极体电容式话筒。驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。驻极体话筒的内部结构如图所示。由声电转换系统和场效应管两部分组成。它的电路的接法有两种:源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电阻接地，再经一电容作信号输出;漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。所以，在使用驻极体话筒之前首先要对其进行极性的判别。 4 在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极体话筒的漏极D和源极S。 将万用表拨至R×1kΩ档，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。 灵敏度检测 在收录机、电话机等电器中广泛应用的驻极体话筒，其灵敏度直接影响送话和录放效果。这类话筒灵敏度的高低可用万用表进行简单测试。将万用表拨至R×100档，两表笔分别接话筒两电极(注意不能错接到话筒的接地极)，待万用表显示一定读数后，用嘴对准话筒轻轻吹气(吹气速度慢而均匀)，边吹气边观察表针的摆动幅度。吹气瞬间表针摆动幅度越大，话筒灵敏度就越高，送话、录音效果就越好。若摆动幅度不大(微动)或根本不摆动，说明此话筒性能差，不宜应用。对于三根引脚驻极体电容式话筒检测方法同上，只是黑表棒接输出引脚2脚，红表棒接引脚3脚。 驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。 高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷(Q)，由于没有放电回路，这个电荷量是不变的，在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。 我们知道电容上电荷的公式是Q,C×V，反之V,Q/C也是成立的。驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。由于场效应管时有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。 选配注意: 驻极体话筒价格很低，损坏后做更换处理，关于驻极体话筒选配要注意以下几点: (1)两根和三根引脚的驻极体话筒之间不能直接替代，一般情况下也不做改动电路的代替。 (2)这种话筒没有型号之分，相同引脚数的话筒可以代替，只是存在性能上的差 5 别。 4.2 设计原理 前置放大级的主要任务是把从检波器送来的低频信号放大到功率放大级所需要的数值,以便推动功率放大级,使其有足够大的功率推动扬声器发声。在有两级前置放大级的晶体管收音机中,通常又把第一级称为前置放大级,第二级称为推动级或激励级。从电路类型来说,又分为阻容耦合和变压器耦合放大级两种,前者还细分为常规阻容耦合放大级和接有音频补偿电路的阻容耦合放大级。 4.3 功能说明 驻极体话筒B M作换能器，它可以将声波信号转换为相应的电信号，并通过耦合电容C l送至前置低放进行放大，R l是驻极体话筒B M的偏置电阻，即给话筒正常工作提供偏置电压。 VTl、R2、R 3等元件组成前置低频放大电路，将经C l耦含来的音频信号进行前置放大，放大后的音频信号经R4、C 2加到电位器RP上，电位器RP用来调节音量用。V T2、V T 3组成功率放大电路，将音频信号进行功率放大，并通过耳机插孔推动耳机工作。 助听器简单的说就是一个超小型的扩音器 ，把原本听力障碍患者听不到的声音，依照其需求加以扩大，再利用患者的残余听力，将声音送到大脑的听觉中枢而听到声音,对于听力障碍患者是一个很大的福音。 5 单元电路的设计 图5-1 单元电路图 助听器组成元件包括:麦克风、放大器、受话器、音量调控器、电池。 6 助听器是先将声信号转化为电信号，通过对电信号加以放大后，再转换为声信号，从而将声音放大的。在能量转换过程中，实现换能器功能的是麦克风和受话器。 (1) 麦克风:麦克风是输入换能器，将声能转变为电能。 (2) 放大器:放大器将麦克风转换好的微弱电压加以放大。 (3) 受话器:受话器是另一换能器，正好与麦克风相反，它将放大的电信号转换为声信号或机械振动，传递到耳道里。转换为声信号的受话器为气导受话器，转换为机械振动的受话器为骨导受话器。此处为耳机 (4) 音量调控:音量调控是一个可变电阻或电位器，用以调节通过放大器的电流，音量随电信号的电阻变化而变化。音量调高，则需要的电流也更多;音量调低，通过放大器的电流减少，使声音变轻。 6 硬件的制作和调试 6.1 硬件的制作 首先，大致确定设计电路的思路。准备好电路图，弄清楚原理，对照图纸先对自己的设备的内部接线做一个整体的检查。准备好全套元器件后，用万用表粗略地测量一下各元件的阻值，做到心中有数。遵循元器件的安装工艺条件，焊接时注意不能有虚焊，先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、三极管、晶闸管等元件时千万不要装反，注意极性的正确，否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。 6.2 硬件的调试 调试前，先将焊好的电路板与电路图认真核对一遍，确认每个器件的位置无误。不要有错焊、漏焊、短路、元件相碰等现象发生。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。万用表检测时，只用将万用表两表笔接触电路板相应处即可。 本电路调试时先安装好耳机和电池，一人带耳机，一人对话筒讲话并调节电位器使对方能从耳机中听到清晰放大的声音为止，此时制作成功。若不成功应仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象，检测焊接好后的元器件有无损坏，若有，调换新的元器件，直至调试成功为止。 7 总结 7 这是我们专业学习以来的第一次课程设计，在这个课程设计中，我们完成每个部分的内容，虽然过程比较辛苦，但收获很多。一来，巩固了以前的知识和实习中学到的各种技能，比如焊接、常用仪器的使用，电路的调试、仿真软件的学习等。二来，通过实践，学会把书本上的理论知识与实践相结合，进一步理解实际应用的知识。 通过这个微型助听器的制作，我深切体会到将所学的知识化为实际意义的实物才是我们技术性课程的最终要求。 虽然这个电路比较简单，但却是学习的好途径。现在初步学习，应该先从简单的入手，把基本的技能掌握到位，要是简单的都做不出而一味追求难度，就显得好高骛远。 设计电路时，元件及导线的排布也是很有讲究的。一般要求要节省材料，降低成本，所以元器件应该尽量紧凑。 这次实训让我真切的认识到理论与实践结合的重要性。 8 参考文献 [1]康华光.电子技术基础.北京:高等教育出版社,2006 [2]康华光 陈大钦.电子技术基础(模拟部分) .高等教育出版设,2000 [3]谢自美.电子线路设计实验测试.华中科技大学出版社,2000 [4]张庆双.电源应用电路.机械工业出版社,2005 [5]欧大生 杨杉.电路设计与制板.西安电子科技大学出版社,2004 9 附录1:总体电路原理图 10 附录2:实物图 11 附录3:元器件清单 序号 名称 型号规格 数量 1 5.1k 1 电阻 2 100 1 电阻 3 1.5k 2 电阻 4 100k 1 电阻 5 180k 1 电阻 6 680 1 电阻 7 10k 1 电位器 8 0.1uf 1 贴片电容 9 4.7uf 2 电容 10 1 驻极体话筒 11 2 硅NPN晶体管 9014型 12 1 PNP晶体管 9012型 13 1 耳机插孔 14 导线 细 若干 15 1 开关 12