Mulți oameni se confruntă astăzi cu probleme cu auzul, iar amploarea acestui dezastru este impresionantă. Pe lângă vârstnici, multe generații mai tinere se vor confrunta și cu pierderea auzului în viitor, alimentată de folosirea fulgerătoare a căștilor și de dragostea tinerilor pentru discoteci.
În consecință, întrebarea cum să faci un aparat auditiv cu propriile mâini va fi întotdeauna relevantă, deoarece costul unor astfel de aparate auditive de marcă este adesea peste posibilitățile multor oameni.
De fapt, a face un aparat auditiv cu propriile mâini este destul de simplu, în acest scop, se folosesc instrumente disponibile pe care oricine le poate găsi cu ușurință.
Aparatul auditiv rezultat are dimensiuni compacte și se poate încadra cu ușurință într-o cască Bluetooth obișnuită.
Pentru a începe, veți avea nevoie de un microfon - un microfon obișnuit de la un telefon mobil va fi suficient. Dacă nu este cazul, atunci puteți utiliza cu succes un microfon de la un magnetofon. Casetofonul este destul de obișnuit, chinezesc - principalul lucru este că microfonul are o sensibilitate mai mare.
Acum să trecem la luarea în considerare a circuitului aparatului auditiv. După cum puteți vedea, schema este destul de simplă.
De asemenea, ar trebui să utilizați un căști de pe telefonul mobil ca difuzor. Căștile trebuie să aibă destul rezistență ridicată, aproximativ douăzeci și cinci până la patruzeci de ohmi.
Pentru alimentarea dispozitivului, se folosește o tabletă cu litiu (tensiune trei volți). Dacă nu ați găsit o tabletă cu litiu, puteți folosi trei baterii de la un ceas de mână obișnuit. Configurația conexiunii bateriei este în serie, iar tensiunea totală ar trebui să fie de 4,5 volți. La asamblare, trebuie acordată o atenție deosebită microfonului și polarității acestuia - microfonul trebuie conectat în mod corect.
Dacă aveți dorința și oportunitatea, puteți utiliza o baterie litiu-ion de la o cască Bluetooth în locul opțiunii discutate mai sus. Cu o capacitate de 80-120 miliamperi și o tensiune de 3,7 volți, bateria litiu-ion va permite aparatului auditiv să funcționeze mai mult și poate fi reîncărcat. Pentru dispozitiv pot fi utilizate următoarele tipuri de tranzistoare: S9014 și S9018, precum și tranzistoarele KT315 și KT368.
Să mergem mai departe în studierea întrebării cum să faci un aparat auditiv cu propriile mâini. Pentru a reduce dimensiunea dispozitivului, ar trebui să utilizați componente SMD. Pentru a crește sensibilitatea aparatului auditiv, puteți înlocui condensatorul nepolar în funcție de microfonul folosit de 0,01 microfarad.
Asamblarea aparatului auditiv.
Când asamblați un aparat auditiv, trebuie să asigurați izolarea de înaltă calitate a microfonului față de difuzor - în caz contrar, fundalul se va forma în timpul utilizării.
O altă versiune a dispozitivului are două cascade care îmbunătățesc funcționarea microfonului. Întrucât tableta cu microfon în sine are un amplificator încorporat (cu o singură treaptă), rezultatul este un aparat auditiv cu sensibilitate crescută, aproximativ 9-10 metri. Pur și simplu aveți nevoie adăugați un amplificator simplu, care funcționează pe un singur tranzistor (asemănător cu amplificatorul folosit în etapa anterioară).
Primul tip de aparat auditiv are un curent de 5 miliamperi pe oră, al doilea - aproximativ 10 miliamperi/oră.
Un astfel de aparat auditiv va lucra continuuși nu va trebui să-l opriți, așa că nu este nevoie de un comutator.
Dispozitivele similare produse din fabrică sunt destul de scumpe, în timp ce opțiunea discutată în acest articol va fi ieftină și nu va fi inferioară ca calitate mostrelor din fabrică.
Această împrejurare este deosebit de importantă pentru pensionari și persoanele cu venituri mici care nu își permit să achiziționeze un aparat auditiv de marcă. Puteți să vă mulțumiți bunicilor sau să ajutați un coleg sau un prieten să depășească problemele de auz. Este suficient să luați toate elementele necesare enumerate mai sus și să construiți în mod independent un dispozitiv care poate ajuta oamenii să perceapă pe deplin lumea din jurul lor și să se bucure de sunete și de comunicarea cu cei dragi.
După cum puteți vedea, un aparat auditiv DIY destul de usor de facut, nu este nimic complicat, dar beneficiile sunt destul de tangibile.
Un aparat auditiv simplu cu control automat al câștigului într-o carcasă imprimată 3D
Intrucat carcasa nu este miniaturala, puteti folosi o baterie Li-Ion mai incapatoare (comparativ cu modelele in miniatura), care permite dispozitivului sa functioneze autonom pentru o perioada mai lunga de timp. Un alt avantaj în comparație cu modelele chinezești în miniatură este independența față de tipul de căști. Deoarece căștile sunt aici partea externă, puteți alege căștile individual, fără a schimba aparatul auditiv în sine, deoarece performanța întregului dispozitiv depinde în mare măsură de caracteristicile căștilor în sine. Este recomandabil să selectați căștile în funcție de caracteristicile auditive ale utilizatorului. Desigur, dacă achiziționați un aparat auditiv scump dintr-un magazin specializat, un lucrător calificat va face audiograme și va ajusta dispozitivul la caracteristicile auditive ale pacientului, dar dacă cumpărați modele ieftine din magazinele online chinezești, acest lucru este imposibil.
Corpul dispozitivului are un control al volumului, o mufă pentru căști, o capsulă de microfon electret și o mufă pentru conectarea unui încărcător. Aparatul auditiv este încărcat folosind un încărcător de telefon mobil de cinci volți. Carcasa este imprimată pe o imprimantă 3D. Puteți descărca modelele 3D din linkul de la sfârșitul articolului împreună cu placa de circuit imprimat și alte fișiere pentru acest proiect. Pentru a încărca bateria Li-Ion, se folosește o placă de control miniaturală ieftină, comandată de la Aliexpress.
!!! Nu încercați să încărcați o baterie Li-Ion direct de la o sursă de tensiune fără o placă de control! Acest lucru este periculos pentru baterie și poate provoca incendiu!
Schema schematică a unui aparat auditiv de casă cu control automat al câștigului. Faceți clic pe diagramă pentru a o mări
Un microfon electret (nu este prezentat în diagramă) este conectat la microfon și contactele GND_mic. Borna pozitivă a capsulei trebuie conectată la contactul mic, iar cea de-a doua bornă negativă trebuie conectată la contactul GND_mic. De obicei, capsula are acest terminal conectat la corpul său. Capsulă de condensator electret folosită tip WM-61A din China de la Aliexpress:
Tensiunea de alimentare este furnizată capsulei prin rezistorul R1. Apoi, prin condensatorul C2, semnalul este furnizat la prima treaptă de amplificare, realizată pe tranzistoarele Q1 și Q2. Unitatea de control automată a câștigului este asamblată pe tranzistorul Q3 și pe tranzistorul cu efect de câmp Q4. Tranzistorul cu efect de câmp controlează câștigul primei etape prin derivarea rezistenței R13 în circuitul colector al tranzistorului Q2 cu curent alternativ, reducând câștigul etapei pe măsură ce nivelul semnalului de intrare crește. Astfel, un nivel de semnal relativ constant este menținut la ieșirea cascadei atunci când nivelul de intrare se modifică într-o gamă largă. Aici, dioda D3 redresează tensiunea alternativă a semnalului audio, transformându-l într-o tensiune pulsatorie, care este amplificată de tranzistorul Q3 și apoi netezită de condensatorul electrolitic C7.
De la ieșirea etapei de preamplificare, semnalul este transmis potențiometrului de volum. Potențiometrul nu este prezentat în diagrama principală. Modul de conectare la contactele plăcii este prezentat în mica diagramă de mai jos. Se folosește un potențiometru de 10 kOhm.
Schema de conectare a potențiometrului de control al volumului la contactele plăcii
Din glisorul potențiometrului de volum, semnalul este furnizat la amplificatorul final asamblat pe cipul MC34119 (). Cipul este un amplificator de putere audio capabil să funcționeze de la o tensiune de alimentare foarte scăzută, începând de la 2 volți și este ideal pentru funcționarea în aparatul nostru auditiv alimentat de o baterie Li-Ion. De fapt, cipul conține două etape de amplificare a puterii de ieșire care funcționează în antifază pentru a implementa modul bridge. Sarcina este conectată între cele două ieșiri ale amplificatoarelor finale ale cipului, și nu între ieșire și masă, ca în majoritatea celorlalte amplificatoare integrate. Adică conectăm căștile la pinii 5 și 8 ai microcircuitului. Niciunul dintre pinii căștilor nu trebuie conectat la masă; ar trebui să acordați atenție acestui lucru dacă utilizați o mufă pentru căști în care unul dintre pini este conectat la o carcasă metalică. o astfel de priză trebuie izolată de firul comun al dispozitivului.
Alimentarea dispozitivului.
Ca sursa de alimentare, puteti folosi orice baterie mica Li-Ion cu o tensiune de 3,7 V, potrivita ca dimensiune. Am făcut o carcasă pentru o baterie Li-Ion „degetul mic”, mi-a fost prea lene să merg să cumpăr una și, în cele din urmă, am folosit o baterie mică dintr-o jucărie pentru copii - un elicopter.
Pentru a încărca bateria, am folosit această placă, comandată de la Aliexpress. 10 bucăți de astfel de plăci costă în jur de 150 de ruble, am comandat o mulțime de 10 bucăți, plăcile sunt utile la radio amatori și ieftine.
Deoarece placa de control are un conector micro USB standard, puteți folosi un încărcător obișnuit de pe orice telefon mobil pentru a încărca aparatul auditiv.
Diagrama de conectare a bateriilor la placa de proteză auditivă
Placă de circuit imprimat creat în programul DipTrace. Veți găsi desenele PCB în arhivă cu fișierele de proiect.
Tatăl meu a dezvoltat probleme cu auzul de-a lungul anilor și... conform unei rețete, în magazinul Medtekhnika, după un an întreg de așteptare, i s-a oferit un „miracol al tehnologiei secolului 21” - un aparat auditiv. Era un aparat auditiv obișnuit pentru persoanele cu deficiențe de auz, produs de industria noastră radio natală.
A fost realizat foarte prost: designul circuitului și baza elementului au fost demult depășite, calitatea asamblarii și a pieselor lăsa de dorit, iar parametrii pur și simplu inexistenți! „Minunea tehnologiei” a funcționat prost (aproape nu a compensat pierderea auzului) și nu a durat mult (bateriile miniaturale „au murit” foarte repede). Și „încărcarea” în sine nu a durat mult.
Centrul de protetică auditivă recent deschis a oferit un dispozitiv de nouă generație cu programare a parametrilor canalului urechii. Pare a fi bine, dar prețurile lor sunt „mușcătoare” și, după cum sa dovedit mai târziu, nu pot compensa nici pierderea profundă a auzului.
Așa că a trebuit să rezolv singur această problemă. Unde să încep? Am decis să renunț imediat la microfonul piezoceramic (vă puteți imagina, este încă folosit în aparatele auditive!) răspunsul său în frecvență este o mizerie completă. Acum sunt la vânzare microfoane electret (cu un amplificator cu tranzistor cu efect de câmp încorporat) de la telefoane mobile sau telefoane moderne. Astfel de microfoane au un răspuns în frecvență neted și sensibilitate ridicată.
Am respins și capsula telefonică electromagnetică, clar modelată după TM-4M (un fel de anacronism care refuză cu încăpățânare să devină o relicvă a secolului trecut). Răspunsul său în frecvență este comparabil cu un microfon piezoceramic, iar revenirea (datorită rezistenței mari la înfășurare) este scăzută. Cu o astfel de revenire, chiar nu va exista nicio corecție a auzului. În acest scop, am considerat căștile stereo obișnuite de la playere portabile sunt potrivite.
Ca bază pentru circuit, am ales un amplificator pentru interceptări („echipament de spionaj”). După ce am simplificat puțin, am obținut o diagramă complet funcțională a unui aparat auditiv (Fig. 1), care se potrivește într-o carcasă standard cu dimensiuni de 128x66x28 mm.
Rezistorul R1 setează sensibilitatea microfonului VM1 al aparatului auditiv. Condensatorii SZ și C4 formează răspunsul în frecvență în regiunea de înaltă frecvență (prevenind autoexcitarea în ultrasunete și previne supraîncărcarea amplificatorului la frecvențe audio mai mari). Condensatorul C5 formează răspunsul în frecvență la frecvențe joase (elimină „mormăitul” microfonului). Rezistorul R8 stabilește punctul de funcționare al etajului de ieșire: tensiunea la emițătoarele VT4 și VT5 ar trebui să fie jumătate din tensiunea de alimentare.
Indicatorul de stare a bateriei GB1 este asamblat pe tranzistorul VT6. Rezistorul R12 setează tensiunea de aprindere a LED-ului VD2 la 4 V, ceea ce corespunde tensiunii minime admise a bateriei. Un LED verde cu un diametru de 2 mm de putere de lumină crescută din seria „Piranha” este folosit ca VD2. Bateria este formată din patru celule cu o capacitate de 500... 1000 mAh. LED-ul VD3 indică încărcarea (se stinge după ce este finalizată). Red AL307 este folosit ca VD3. Diodele Zener VD4 și VD5 sunt selectate pentru a limita tensiunea (cu unitatea de încărcare conectată) la 7,3. ..7.4 V. Ca conector de ieșire X1 se folosește o mufă stereo simplă din plastic pentru instalarea pe placă.Canalele drept și stânga din acesta sunt paralele pe placa de circuit imprimat, deoarece acest lucru îmbunătățește ieșirea căștilor. Deoarece astfel de prize nu durează mult, recomand să instalați două dintre ele în paralel. Acest lucru vă va permite să nu pierdeți timpul cu repararea (înlocuirea) unei prize - trebuie doar să introduceți căștile într-o altă priză.
Forma, aranjarea pieselor pe placă și desenul plăcii de circuit imprimat sunt prezentate în Fig. 2-4. Microfonul VM1 este instalat într-o clemă de cauciuc moale și este fixat în interiorul carcasei cu adeziv-etanșant siliconic.
Unitatea de încărcare a bateriei este realizată dintr-o sursă de alimentare universală („chineză”) pentru echipamente electronice (Fig. 5). Utilizează al treilea robinet (de jos) al înfășurării secundare a transformatorului pentru funcționare. Tensiunea circuitului deschis la ieșire este de aproximativ 9,7 V, curentul de încărcare la valoarea nominală R1 specificată este de aproximativ 50 mA. O încărcare a bateriei este suficientă pentru 3...5 zile de funcționare a aparatului auditiv. Dispozitivul permite funcționarea și încărcarea simultană.
Presiunea sonoră creată de acest aparat auditiv (nu aveam instrumentele de măsurare adecvate) este atât de mare încât creează durere la o persoană cu auz normal și ulterior surditate temporară (de câteva minute). Tatăl meu, care are o pierdere profundă a auzului, a primit o compensație aproape completă a auzului, cu o bună inteligibilitate cu acest aparat auditiv.
Când repetați designul, trebuie acordată o atenție deosebită căștilor. Unele dintre ele nu sunt capabile să creeze o presiune acustică suficient de mare, fie din cauza rezistenței ohmice ridicate, fie din cauza eficienței scăzute (calitate de citire). Căștile on-ear cu bandă pentru cap și pernițe moi pentru echipamente Hi-Fi pot da un efect bun. Cu toate acestea, utilizarea unor astfel de căști este posibilă numai dacă pernițele pentru urechi se potrivesc bine.
Este util să instalați un zăvor pe peretele frontal al carcasei aparatului auditiv pentru atașarea la clapeta buzunarelor de la piept. Este logic ca radioamatorii cu experiență să lucreze la reducerea dimensiunii aparatului auditiv prin trecerea la microcircuite și baterii miniaturale.
V. ZAKHARANKO. UA4HRV, Samara.
V. Muravin
Pentru persoanele cu deficiențe de auz, un aparat auditiv (HA) îi ajută să comunice cu lumea exterioară și să ia parte activ la muncă și activități sociale. Pentru unii, este singura modalitate de a reproduce vorbirea umană; pentru alții, este un mijloc de creștere a inteligibilității vorbirii și chiar face posibilă îmbunătățirea calității ascultării muzicii.
În țara noastră, industria produce mai multe tipuri de aparate auditive cu diferite caracteristici tehnice și în diferite modele.
În prezent, se lucrează la transferul aparatelor auditive pe o nouă bază de elemente, pentru a le îmbunătăți caracteristicile tehnice și confortul operațional. Astfel, a fost dezvoltat un microcircuit specializat pentru K538UN2 SA. Amplificatorul acestui microcircuit are zgomot redus, consum redus de energie și este conceput pentru a conecta un telefon cu o rezistență de 1 kOhm.
Cu toate acestea, următoarele dezavantaje pot fi remarcate în CA produse industrial:
amplificare acustică insuficientă. Pierderea auzului la persoanele cu deteriorare a aparatului de reproducere a sunetului poate ajunge la 80...90 dB la o frecvență de 4 kHz, care este considerată frecvența minimă acceptabilă în banda superioară în ceea ce privește asigurarea unei inteligibilități satisfăcătoare (92%) a vorbirii;
răspunsul în frecvență plat al dispozitivului, care, conform GOST 10893-69, ar trebui să aibă o neuniformitate de cel mult 30 dB în banda de frecvență 400...3000 Hz (persoanele cu diferite tipuri de pierdere a auzului au audiograme diferite);
eficiență scăzută a SA. Curenții de consum sunt de aproximativ 5...12 mA, ceea ce la utilizarea surselor de alimentare cu o capacitate de 0,05...0,15 mA/h asigură funcționarea aparatului timp de 10... 12 ore Treptele de ieșire funcționează ca o regulă, în modul liniar, iar acest lucru duce la faptul că consumul de curent în modul silențios este același ca la volum maxim;
fără limitatori de nivel maxim. Doar un model SA are un AGC și, de asemenea, este ineficient. Limitatoarele de vârf și compresoarele nu sunt utilizate în aparatele auditive industriale;
absența indicatoarelor de pornire vizibile (foarte vizibile), ceea ce este deosebit de important pentru un consum de curent relativ ridicat. De regulă, CA are un semn pe controlul volumului, combinat cu comutatorul de alimentare.
Dintre parametrii aparatului auditiv, cea mai mare influență asupra calității reproducerii sunetului și a inteligibilității vorbirii, și deci asupra efectului real în protezarea auditivă, o exercită răspunsul amplitudine-frecvență (AFC) al aparatului auditiv și nivelul de zgomot. .
Să ne uităm la asta mai detaliat. După cum sa menționat deja, aparatele auditive produse comercial au un răspuns slab în frecvență, iar pierderea auzului poate fi caracterizată prin diverse audiograme. Dacă, cu deteriorarea aparatului de reproducere a sunetului, audiograma este plată și are o denivelare de aproximativ 20 dB, atunci cu deteriorarea aparatului de recepție a sunetului și deteriorarea combinată, audiograma are o scădere în intervalul de frecvență de 500.. .4000 Hz cu o pantă care ajunge la 30 dB/oct. .
În plus, este necesar să se țină cont de faptul că microfoanele și telefoanele utilizate în CA au și o scădere a răspunsului în frecvență cu o pantă care ajunge la 30 dB/oct în domeniul de frecvență 2000...4000 Hz. Unele CA sunt echipate cu regulatoare de răspuns în frecvență, dar sunt cele mai simple circuite și nu oferă corecția necesară.
Al doilea factor important care influențează calitatea funcționării SA este nivelul de zgomot. Se știe că pentru o percepție inteligibilă a vorbirii este necesar să se mențină un raport semnal-zgomot de peste 20 dB. Dacă acceptăm un nivel minim de intensitate a sunetului de 40 dB, atunci tensiunea de zgomot referită la intrare nu trebuie să fie mai mare de 3 μV.
Zgomotul intern al CA poate fi redus prin utilizarea tranzistoarelor cu zgomot redus în etapele de intrare.
Este mai dificil să izolați semnalul util de zgomotul din jur. Dacă o ureche sănătoasă percepe zgomotele din jur în mod selectiv în direcție, adică selectează din ele informații utile venite dintr-o anumită direcție, atunci SA amplifică sunetele care vin din toate direcțiile; Ca urmare, raportul semnal-zgomot la intrarea canalului urechii este insuficient.
La îmbunătățirea SA și crearea de noi modele, este necesar să se țină cont de toți factorii enumerați care afectează calitatea reproducerii sunetului și inteligibilitatea vorbirii.
Să luăm în considerare diagrama structurală a unui aparat auditiv.
Un aparat auditiv este, de regulă, un dispozitiv format dintr-un microfon, un amplificator de intrare, un dispozitiv de corecție, un amplificator terminal și un telefon (Fig. 1).
Orez. 1 Schema bloc a unui aparat auditiv
Dispozitivul de corecție poate fi combinat cu unul dintre amplificatoare, cu toate acestea, nu va fi complet funcțional și structural și nu va îndeplini pe deplin cerințele destul de ridicate pentru corectarea răspunsului în frecvență al SA.
În plus, SA poate include în plus un limitator de nivel maxim al semnalului de ieșire, un indicator de pornire CA, un indicator de baterie descărcată etc.
Cerințele tehnice atât pentru întregul aparat auditiv, cât și pentru dispozitivele sale componente sunt determinate de caracteristicile auditive ale pacientului.
Cea mai detaliată și mai precisă măsurare a caracteristicilor auditive este asigurată de metoda de măsurare audiometrică, în care tonuri de frecvențe și volume variate sunt trimise la urechea de testare prin intermediul telefoanelor electrodinamice. Telefoanele electrodinamice sunt potrivite în acest caz, deoarece au cea mai scăzută rezistență acustică și, prin urmare, oferă o dependență mai mică a presiunii sonore de diferențele individuale în dimensiunea urechii externe. În plus, aceasta satisface cerința de uniformitate a măsurătorilor, când rezultatele pot fi comparate și nu depind de loc, timp și condiții.
Puteți lua un alt traseu: luați o audiogramă cu telefonul care va fi folosit cu aparatul auditiv. Apoi, audiograma va ține cont atât de caracteristicile de frecvență ale telefonului dat, cât și de caracteristicile individuale ale canalului urechii, ceea ce va face posibilă crearea unei scheme mai eficiente pentru corectarea răspunsului în frecvență al aparatului auditiv. A doua modalitate este acceptabilă atunci când se creează un SA pentru un anumit pacient. În cazul în care SA sunt create pe o bază modulară, pot fi dezvoltate o serie de module de dispozitive de corecție, dintre care unul este încorporat în dispozitiv după efectuarea audiogramei.
Amplificator de intrare CA trebuie să aibă un câștig suficient pentru a conduce etapa finală. Zgomotul redus este, de asemenea, o cerință importantă, deoarece sursa de semnal pentru amplificatorul de intrare este un microfon, care are o sensibilitate relativ scăzută (aproximativ 4 mV/Pa). O caracteristică a funcționării amplificatoarelor de intrare SA este curenții și tensiunile de funcționare scăzute.
De obicei, amplificatoarele de intrare CA sunt construite folosind un circuit cu două sau trei trepte, în care tranzistoarele sunt conectate conform unui circuit emițător comun. Stabilizarea modului DC se realizează folosind feedback negativ local.
Amplificatorul, al cărui circuit este prezentat în Fig., are o stabilitate mai mare decât în CA-urile industriale. 2.
Orez. 2. Schema schematică a amplificatorului de intrare 1
Acest amplificator este construit conform unui circuit cu conexiuni directe între etape și este acoperit de un feedback negativ comun (NFE) pentru curent continuu. Modul DC este setat folosind rezistențele R3 și R6. Prima etapă a amplificatorului folosește un tranzistor cu zgomot redus P28. În plus, modul de funcționare al acestui tranzistor (Ik = 0,4 mA, Uke = 1,2 V) asigură și un zgomot minim. Banda de frecvență a amplificatorului la nivelul -3 dB este de 300...7000 Hz, câștigul Ku este de 1700.
În treptele de intrare cu zgomot redus, tranzistoarele cu germaniu P28, MP39B, GT310B, GT322A, siliciu KT104B, KT203B, KT326B funcționează bine, dar tranzistorii cu zgomot redus din seriile KT342, KT3102 și KT3107 dau rezultate deosebit de bune. Ele sunt capabile să funcționeze la curenți de colector de zeci de microamperi și tensiuni colector-emițător mai mici de 1 V, fără a-și pierde proprietățile lor de amplificare ridicate.
Circuitul amplificatorului de intrare folosind tranzistoare KT3102E este prezentat în Fig. 3 și este similar în construcție cu diagrama anterioară.
Orez. 3. Schema schematică a amplificatorului de intrare 2
Tranzistorul primei trepte funcționează în modul microcurent (Ik = 0,04 mA, Uke = 1 V). Câștigul unui astfel de amplificator este de 3000.
Un câștig mai mare poate fi obținut dacă un adept de emițător este plasat între prima și a doua etapă, așa cum se arată în Fig. 4.
Orez. 4. Schema schematică a amplificatorului de intrare 3
Aici, pe lângă feedback-ul negativ local în fiecare etapă și feedback-ul general DC, este introdus și feedback-ul AC (Roc), cu care puteți regla câștigul amplificatorului. Câștigul amplificatorului fără feedback (Roc dezactivat) este de 11.000, cu feedback - 1700; Tensiunea de zgomot aplicată la intrare atunci când este scurtcircuitată nu este mai mare de 2 µV.
S-a spus deja mai devreme că principalele distorsiuni ale răspunsului de frecvență end-to-end al SA sunt determinate de microfon și telefon. Cel mai comun microfon din aparatele auditive este M1. Răspunsul său în frecvență este prezentat în Fig. 5 .
Orez. 5. Răspunsul amplitudine-frecvență al microfonului
Această caracteristică este mediată și luată într-un câmp sonor liber. Astfel de măsurători reprezintă o provocare tehnică dificilă. În condiții reale, tipul de răspuns în frecvență al unui microfon este foarte influențat de volumul camerei, obiectele din jur etc. Prin urmare, în viitor vom ține cont de răspunsul mediu al microfonului.
Analiza caracteristicilor medii ale unui microfon, telefon și pierderea auzului pentru diferite tipuri de daune ne permite să împărțim domeniul de frecvență în trei secțiuni: până la 1000 Hz, de la 1000 la 2000 Hz și peste 2000 Hz.
În zona de până la 1000 Hz, răspunsul în frecvență rezultat, care reprezintă suma răspunsului în frecvență al microfonului, telefonului și pierderea auzului, are o ușoară creștere datorită creșterii răspunsului în frecvență al microfonului și telefonului.
În regiunea de la 1000 la 2000 Hz, răspunsul în frecvență rezultat poate fi constant, în creștere sau în scădere, ceea ce este asociat cu forma caracteristicii pierderii auzului în această regiune. Pot fi, de asemenea, mici înalte și coborâșuri.
La frecvențe peste 2000 Hz, scăderea răspunsului în frecvență rezultat se datorează scăderii răspunsului în frecvență al telefonului și caracteristicilor pierderii auzului.
Rezultă că atunci când se dezvoltă dispozitive de corecție, este necesar să se formeze răspunsul în frecvență al acestor dispozitive, inversul răspunsului în frecvență rezultat al căii „microfon-telefon-ureche”.
Această caracteristică de corecție poate fi obținută prin conectarea paralelă a filtrelor trece-jos (LPF), filtrelor trece-înalte (HPF) sau filtrelor de oprire în diferite combinații. Numărul de secțiuni de filtru depinde de panta necesară a răspunsului în frecvență.
Dispozitivele de corecție pot fi construite pe baza filtrelor active descrise în, în care este mai bine să folosiți amplificatoare nu operaționale, ci adepți emițători mai economici ca amplificatoare neinversoare.
Orez. 6. Scheme schematice ale filtrelor de ordinul doi: a - frecvenţe joase; b - frecvente inalte
Schemele filtrelor active trece-înalt și filtrelor trece-jos de ordinul doi sunt prezentate în Fig. 6, iar filtrul trece-înalt și filtrul trece-jos de ordinul trei sunt prezentate în fig. 7. Au pante de răspuns în frecvență de 12 și 18 dB/oct. respectiv.
Orez. 7. Scheme schematice ale filtrelor de ordinul trei: a - trece-jos; b - frecvente inalte
Dacă caracteristica de corecție ar trebui să aibă o pantă mai mare, este necesar să porniți mai multe filtre în serie.
Diagrama filtrului barieră este prezentată în Fig. 8, a, iar răspunsul său în frecvență este prezentat în Fig. 8, b.
Orez. 8. Filtru bariera:
a - schema schematica; b - răspuns în frecvență
Banda de oprire a unui filtru depinde de câștigul acestuia.
Frecvența medie a benzii de oprire este determinată de formulă
fo=0,28/RC,
unde R=R1=R2, C=C1=C2.
Amplificatoare finale trebuie să aibă, de regulă, un răspuns în frecvență plat, să ofere nivelul maxim de semnal necesar la sarcină și să fie economic.
În CA-urile industriale, etapa finală este construită, de regulă, conform unui circuit odo-ciclu și funcționează într-un mod liniar, prin urmare nivelul de ieșire și eficiența unor astfel de amplificatoare și, prin urmare, CA, sunt scăzute.
Eficiența SA poate fi crescută dacă amplificatorul final este construit conform unui circuit cu punct de operare flotant, așa cum se arată în Fig. 9, a, b).
Orez. 9. Scheme schematice ale amplificatoarelor finale cu punct de operare flotant
Dispozitivul conform diagramei din Fig. 9,b este caracterizată printr-o deplasare mai eficientă a punctului de operare în cascadă atunci când un semnal este aplicat la intrare și, în consecință, distorsiuni neliniare mai mici. Rezistorul R1 stabilește curentul inițial (fără semnal) egal cu 2...3 mA, iar rezistorul R2 stabilește distorsiunea minimă a semnalului la sarcină. În acest caz, curentul maxim de colector al tranzistorului VT1 ajunge la 20 mA. Amplificatorul final, construit conform circuitului din Fig. 9, furnizează un semnal maxim de 500 mV la o sarcină de 60 Ohm la o tensiune de alimentare de 3 V și 1,5 mV la o tensiune de 9 V, ceea ce corespunde nivelurilor maxime de ieșire de 120 și 130 dB (cu o sensibilitate a telefonului presupusă a fi 0,04 Pa/mV). Dezavantajele unor astfel de circuite sunt eficiența scăzută (nu mai mult de 10...15%) și distorsiunile neliniare mari. O eficiență mai mare (până la 50%) este asigurată de amplificatoarele finale construite folosind un circuit push-pull, așa cum se arată în Fig. 10, a, b. În aceste amplificatoare, curentul inițial este de 1,2 mA pentru circuitul din Fig. 10, a și 2 mA pentru circuitul din Fig. 10, b, este stabilit de rezistențele R4 și, respectiv, R2. Rezistoarele R2 și R4 pentru circuite conform Fig. 10, a și, respectiv, 10, b, tensiunea în punctul A este setată egală cu jumătate din tensiunea de alimentare.
Figura 10. Scheme schematice ale amplificatoarelor finale push-pull
Amplificatoare finale construite conform circuitelor din Fig. 10 oferă niveluri maxime de ieșire de 122 și 133 dB pentru Fig. 10, a și, respectiv, 10, b, eficiența este de aproximativ 50%.
Aproape aceleași caracteristici ca și amplificatorul construit conform circuitului din Fig. 10, b, dar cu mai puține piese, are un amplificator bazat pe amplificatorul operațional K140UD5A (Fig. 11). Aici, rezistența R1 stabilește tensiunea în punctul A egală cu jumătate din tensiunea de alimentare, iar rezistența R4 stabilește câștigul în cascadă. Curentul inițial este de aproximativ 2,8 mA. Un amplificator construit conform circuitului prezentat în Fig. 11, oferă un nivel maxim de ieșire de 131 dB. Eficiența acestui amplificator este puțin mai mică decât a celor anterioare - 37%.
În timpul studiului, scopul a fost să nu se selecteze tranzistori în fiecare pereche în funcție de parametrul h21e. La selectarea tranzistoarelor pentru fiecare pereche s-au luat în considerare datele de referință ale acestora: structură (p-n-p, n-p-n), material (germaniu, siliciu), curent de colector invers, câștig, tensiune de saturație. Tranzistoarele au fost instalate într-un amplificator realizat conform circuitului prezentat în Fig. unsprezece.
Orez. 11. Schema schematică a amplificatorului final cu microcircuit
În fiecare pereche, au fost examinate 3 tranzistoare de fiecare tip (pentru a exclude selecția aleatorie). Tensiunea maximă de ieșire a fost măsurată pe o sarcină - un rezistor cu o rezistență de 60 ohmi. Rezultatele măsurătorilor sunt prezentate în tabel. 1.
Tabelul arată că cele mai bune rezultate se obțin cu tranzistoarele cu germaniu. Utilizarea tranzistoarelor de înaltă frecvență GT329B și GT310B nu este justificată, în plus, valorile parametrilor maximi admisibili ai acestor tranzistoare sunt apropiate de modul de funcționare al acestui amplificator.
O eficiență și mai mare (până la 75%) este obținută de amplificatoarele finale realizate folosind un circuit în punte. Deși au de aproape 2 ori mai multe piese, ele vă permit să obțineți de două ori mai multă putere de la aceeași tensiune sursă de alimentare, ceea ce este deosebit de important pentru dispozitivele portabile.
În cel mai simplu caz, amplificatorul final, asamblat folosind un circuit punte, constă din două trepte finale identice (A2, A3), ale căror intrări sunt conectate la o cascadă cu ieșiri parafazate (A1), iar ieșirile sunt conectate la sarcină (Fig. 12).
Orez. 12. Schema bloc a unui amplificator terminal în punte
Când utilizați amplificatoare operaționale integrate (amplificatoare operaționale) în etapele finale, puteți elimina cascada cu ieșiri de parafaza conectând un amplificator operațional într-un circuit cu o intrare inversabilă și celălalt într-un circuit cu o intrare fără inversare. Circuitul unui astfel de amplificator este prezentat în Fig. 13.
Orez. 13. Schema schematică a unui amplificator final în punte
Amplificatoarele finale pot fi realizate si dupa circuitele date in. Toate sunt asamblate folosind un circuit punte și diferă unele de altele prin modul în care pornesc tranzistoarele de ieșire și le conduc. Eficiența acestor amplificatoare este de la 40 la 75%.
În tabel 2 prezintă caracteristicile comparative ale amplificatoarelor finale realizate conform circuitelor din Fig. 9, 10, 11, 13.
masa 2
În CA-urile industriale, starea de pornire este indicată folosind un semn de pe controlul volumului combinat cu comutatorul de alimentare.
Cu toate acestea, un astfel de indicator este greu de observat, iar pornirea inactiv duce la descărcarea rapidă a surselor de alimentare.
LED-urile oferă o bună indicație a activării SA. Practica a arătat că LED-ul AL102A luminează bine chiar și la un curent de 2,5...3 mA, iar LED-ul AL310A luminează bine chiar și la un curent de 1,5 mA.
Pentru a indica activarea AS, puteți utiliza un indicator de puls, a cărui diagramă este prezentată în Fig. 14. Are la bază un multivibrator asimetric bazat pe tranzistoare VT1, VT2. Sarcina multivibratorului este LED-ul VD3 AL310A. Durata strălucirii sale este determinată de parametrii circuitului R2C1, iar frecvența fulgerului este determinată de parametrii circuitului R3C2. Rezistorul R4 limitează curentul de impuls prin LED. În diagrama de mai sus, frecvența blițului LED-ului este de aproximativ 0,5 Hz, iar raportul LED-ului oprit-aprins este de aproximativ 7.
Orez. 14. Schema schematică a unui indicator de puls
Să luăm în considerare mai multe modele posibile de SA.
Diagrama celui mai simplu SA este prezentată în Fig. 15 . Acest dispozitiv include un amplificator de intrare cu două trepte și un amplificator final cu o singură treaptă cu punct de operare flotant. Indicatorul de alimentare este LED-ul AL102A.
Orez. 15. Schema schematică a aparatului auditiv 1
Aparatul folosește un microfon Ml și un telefon TM2A de la aparate auditive industriale. Control de volum cu comutator - rezistor SP3-3. Dispozitivul este alimentat de o baterie Krona.
Caracteristici tehnice SA: amplificare acustică 58 dB, nivel maxim de ieșire 128 dB. Consumul de curent inițial (fără semnal) nu mai mult de 4 mA. Răspunsul în frecvență al amplificatorului este plat în intervalul 300...7000 Hz. SA este găzduit într-o carcasă din plastic de 85X59X24 mm.
Aparatul auditiv, a cărui diagramă este prezentată în Fig. 16 este destul de economic: atunci când este alimentat de două baterii de 1,5 V, consumă (în absența unui semnal) un curent de 1,7 mA. În același timp, parametrii SA nu sunt mai răi decât cei ai designului anterior. Astfel, câștigul acustic este de 64 dB, iar nivelul maxim de ieșire este de 120 dB. Acest SA are, de asemenea, un răspuns plat în frecvență în intervalul 300...6000 Hz și este găzduit într-o carcasă din plastic care măsoară 85x59x18 mm.
Orez. 16. Schema schematică a aparatului auditiv 2
La dezvoltarea următorului design, au fost luate caracteristicile pierderii auzului cu telefonul TM-2A. Audiograma unei persoane cu deficiențe de auz a fost comparată cu audiograma unei persoane sănătoase. Diferența dintre aceste două audiograme este caracteristica pierderii auzului, care este prezentată în Fig. 17.
Orez. 17. Caracteristicile hipoacuziei
Audiograma a fost luată după cum urmează. În primul rând, au fost setate frecvența și nivelul minim al semnalului de la ieșirea generatorului. Apoi telefonul pentru care a fost proiectat dispozitivul în curs de dezvoltare a fost plasat în canalul urechii. Nivelul semnalului a fost crescut treptat până a devenit audibil. A fost măsurat semnalul de la ieșirea generatorului. Semnalul sonor normal a fost apoi redus treptat. Când sunetul de pe telefon a dispărut, am măsurat semnalul de la ieșirea generatorului cu un milivoltmetru. Media aritmetică a primei și a doua măsurători ale semnalului generatorului va fi nivelul pragului. Este necesar să se măsoare niveluri de prag în domeniul de frecvență 200...7000 Hz. Pentru a crește acuratețea măsurătorilor și a elimina erorile aleatorii, luarea unei audiograme poate fi repetată de 3...5 ori.
Din caracteristicile de pierdere este clar că în zona de până la 1000 Hz are loc o creștere cu o pantă de aproximativ 12 dB/oct., iar după 1000 Hz există o scădere bruscă: până la 2500 Hz cu o pantă de 26 dB. /oct., apoi chiar mai mult. Suprapunând răspunsul în frecvență medie al microfonului pe caracteristica de pierdere a auzului, putem obține caracteristica dispozitivului de corecție. Arată așa cum se arată în Fig. 18.
Orez. 18. Caracteristicile dispozitivului de corectare
O astfel de caracteristică poate fi obținută folosind un filtru de barieră, al cărui circuit și răspuns experimental în frecvență sunt prezentate în Fig. 19.
Orez. 19. Schema schematică și caracteristica amplitudine-frecvență a unui filtru barieră
Schema aparatului auditiv cu corecție este prezentată în Fig. 20.
Orez. 20. Schema schematică a aparatului auditiv 3
Acest dispozitiv conține un amplificator de intrare în două trepte, un dispozitiv de corecție, care este un filtru de barieră, un amplificator final în două trepte asamblat folosind un circuit fără transformator push-pull și un indicator de impuls pentru pornirea SA. Câștigul acustic al dispozitivului este de 87 dB, nivelul maxim de ieșire este de 124 dB. Consumul de curent inițial (fără semnal) nu mai mult de 1,8 mA. Frecvența de clipire a indicatorului LED este selectată să fie de aproximativ 0,5 Hz, iar raportul dintre stările de oprire și pornire ale LED-ului este de aproximativ 7, astfel încât consumul acestuia de la sursa de alimentare este scăzut.
Aparatul auditiv este alimentat de două baterii de 1,5 V. Este găzduit într-o carcasă din plastic de 59x85x16 mm. Conform evaluării subiective, aceste difuzoare oferă o bună inteligibilitate a vorbirii și îmbunătățesc calitatea ascultării muzicii. Un câștig deosebit de mare a fost obținut în regiunea 1...3 kHz, în timp ce atunci când se folosesc aparate auditive convenționale, sunetele cu astfel de frecvențe nu sunt practic audibile.
Literatură
1. Ephrussi M. M. Aparate auditive și audiometre.- M.: Energia, 1975.
2. M u r a v i V. D. Aparate auditive.- Pentru a ajuta radioamatorul. Vol. 58, 1977.
3. Alekseev G.V. Câteva metode de conectare a amplificatoarelor de putere în punte la un preamplificator - Electronica semiconductoare în tehnologia comunicațiilor. Vol. 21, 1981.
4. Filtre Maklyukov M. RC cu caracteristici de frecvență plate. - Radio, 1968, nr. 7.
5. Kareev V., Terekhov S. Amplificatoare operaționale în filtre active RC.-Radio, 1977, nr. 8.
[email protected]
Un aparat auditiv este un dispozitiv simplu de amplificare a sunetului format dintr-un microfon, un amplificator de intrare, un amplificator final și un telefon. Amplificatorul de intrare este asamblat pe două tranzistoare T1 și T2 conform unui circuit cu conexiuni directe între etape și este acoperit de un feedback negativ comun DC pentru a stabiliza câștigul și a îmbunătăți caracteristicile amplitudine-frecvență. Setarea modurilor tranzistoarelor T1 și T2 se realizează folosind rezistențele R3 și R6. Este important să folosiți tranzistorul cu zgomot redus P28 în prima etapă a amplificatorului. În plus, modul de funcționare al acestui tranzistor (Ik = 0,4 mA, Uke = 1,2 V) asigură și un zgomot minim. Amplificatorul asigură o amplificare uniformă a semnalului în banda de frecvență a spectrului conversațional 300...7000 Hz. De la colectorul tranzistorului T2, semnalul ajunge la potențiometrul R7, care acționează ca un regulator de câștig. În locul tranzistorului P28, puteți folosi: MP39B, GT310B, GT322A, siliciu KT104B, KT203B, KT326B, dar tranzistoarele cu zgomot redus din seriile KT342, KT3102 și KT3107 dau rezultate deosebit de bune. Etapa finală este asamblată pe tranzistorul T3 conform unui circuit amplificator cu punct de operare flotant, ceea ce face posibilă reducerea bruscă a curentului consumat de etapă în modul silențios.
Acest circuit amplificator al aparatului auditiv se caracterizează printr-o deplasare efectivă a punctului de funcționare în cascadă și, în consecință, mici distorsiuni neliniare. Când un semnal este aplicat la intrarea de la rezistorul R7 prin condensatorul C6, semnalul este trimis la baza tranzistorului T3. Semnalul amplificat de tranzistorul de la colectorul T3 prin condensatorul C8 este trimis la un redresor dublu pe diodele D1 și D2. . Tensiunea redresată se acumulează pe condensatorul C7 și este aplicată la baza tranzistorului T3, deplasându-și punctul de funcționare spre deschidere.
Rezistorul R8 stabilește curentul inițial în cascadă. Aparatul auditiv este alimentat de o tensiune de 9 volți de la elementul Krona. LED-ul D3 servește pentru a indica pornirea. Orice microfon dinamic sau cu condensator în miniatură poate fi folosit ca microfon. Dacă utilizați un microfon cu condensator, trebuie să-l alimentați printr-un rezistor de 3–5 kOhm. Puteți utiliza TM-3, TM-4 ca telefon. A fost selectată o carcasă din plastic potrivită pentru aparatul auditiv, care găzduiește placa de circuit imprimat și sursa de alimentare. La configurare, trebuie mai întâi să setați curenții tuturor tranzistorilor. rezistențele R4 și R6 curentul T1 și T2, apoi rezistența R8 cu microfonul oprit, setați curentul de repaus al tranzistorului T3 la 2-2,5 mA. Un semnal cu o frecvență de 1000 Hz și o amplitudine corespunzătoare amplitudinii maxime a semnalului la colectorul tranzistorului T3 este furnizat la baza tranzistorului T3 de la generator. Utilizați rezistența R9 pentru a obține o amplificare a semnalului nedistorsionată. În acest caz, curentul de colector al tranzistorului ar trebui să aibă o valoare de 15-17 mA. Selectați capacitatea condensatorului C3 în funcție de cel mai bun sunet, absența sunetelor dure. Autor: Shimko Sergey.
