Безліч людей відчуває сьогодні проблеми зі слухом і масштаби цього лиха вражають. Крім літніх людей, безліч представників молодого покоління також зіткнуться з погіршенням слуху в майбутньому - цьому сприяє нестримне використання навушників і любов молоді до дискотек.
Отже, завжди буде актуальним питання, як виготовити слуховий апарат своїми руками, адже вартість таких фірмових апаратів часто не по кишені багатьом людям.
Насправді, зробити слуховий апарат своїми руками досить просто, Для цього використовуються підручні засоби, які легко може знайти кожен.
Отриманий в результаті слуховий апарат відрізняється компактними розмірами і легко може вміститися в звичайному корпусі Bluetooth гарнітури.
Для початку роботи вам знадобиться мікрофон - підійде звичайний мікрофон від мобільного телефону. Якщо ж такого немає, то ви можете з успіхом використовувати мікрофон від магнітофона. Магнітофон цілком звичайний, китайський - головне, щоб мікрофон мав велику чутливість.
Тепер перейдемо до розгляду схеми слухового апарату. Як видно, схема досить проста.
Як динаміка слід взяти навушник також від мобільного телефону. Навушник повинен мати досить високий опір, Близько двадцяти п'яти - сорока му.
Щоб живити пристрій, використовується літієва таблетка (напруга три вольта). Якщо літієвий таблетку знайти не вдалося, то можна використовувати три батарейки від звичайних наручних годинників. Конфігурація з'єднання батарейок - послідовна, а сумарне напруга повинна бути на рівні 4,5 вольта. Особлива увага при складанні потрібно звернути на мікрофон і на його полярність - мікрофон повинен бути підключений правильним чином.
Якщо є бажання і можливість, то можна використовувати замість розглянутого вище варіанту літієво-іонний акумулятор також від Bluetooth гарнітури. Володіючи ємністю 80-120 міліампер і напругою 3,7 вольта, літієво-іонний акумулятор дозволить слухового апарату працювати довше, причому його можна буде заряджати. Для апарату можна використовувати транзистори наступних типів: С9014 і С9018, а також транзистори КТ315 і КТ368.
Йдемо далі в вивченні питання, як зробити слуховий апарат своїми руками. Щоб зменшити розміри вашого апарату, вам слід використовувати СМД компоненти. Для того щоб збільшити чутливість слухового апарату, ви можете замінити неполярний конденсатор по використовуваному мікрофона на 0,01 микрофарад.
Збірка слухового апарату.
При складанні слухового апарату потрібно зробити якісну ізоляцію мікрофона від динаміка - в іншому випадку при використанні буде утворюватися фон.
Інший варіант пристрою має два каскади, що підсилюють роботу мікрофона. Так як мікрофонна таблетка сама має в собі вбудований підсилювач (однокаскадний), то в результаті ви отримаєте слуховий апарат з підвищеною чутливістю, близько 9-10 метрів. Потрібно просто-напросто додати простий підсилювач, Що працює на одному транзисторі (аналогічний підсилювача, використовуваному в попередньому каскаді).
Перший тип слухового апарату має силу струму 5 міліампер на годину, другий - близько 10 міліампер / год.
Такий слуховий апарат буде працювати безперервно і вимикати його не буде потрібно, так що вимикач не потрібен.
Аналогічні пристрої заводського виробництва коштують досить дорого, В той час як розглянутий в цій статті варіант обійдеться недорого, а за якістю не поступатиметься заводським зразкам.
Ця обставина особливо важливо для пенсіонерів та людей з невеликим достатком, які не можуть дозволити собі придбати фірмовий слуховий апарат. Ви можете порадувати свою бабусю чи дідуся, або допомогти товаришеві по службі, одному подолати проблеми зі слухом. Досить просто взяти всі необхідні елементи, перераховані вище, і самостійно сконструювати пристрій, здатний допомогти людям повноцінне сприймати навколишній світ і насолоджуватися звуками і спілкуванням з близькими людьми.
Як видно, слуховий апарат своїми руками зробити досить просто, В цьому немає нічого складного, а от користь досить відчутна.
Простий слуховий апарат з автоматичним регулюванням посилення в корпусі, надрукованому на 3D принтері
Оскільки корпус не мініатюрний, ви можете використовувати більш ємний (в порівнянні з мініатюрними моделями) Li-Ion акумулятор, що дозволяє пристрою працювати в автономному режимі більш тривалий час. Ще однією перевагою в порівнянні з мініатюрними китайськими моделями є незалежність від типу навушника. Оскільки навушник тут - це зовнішня частина, ви можете підібрати навушник індивідуально, не змінюючи самого слухового апарату, так як від характеристик самого навушника дуже сильно залежить ефективність роботи всього пристрою. бажано підбирати навушники в залежності від особливостей слуху користувача. Звичайно, в разі придбання дорогого слухового апарату в спеціалізованому магазині кваліфікований працівник зробить аудіограми і налаштує прилад під особливості слуху пацієнта, але в разі придбання дешевих моделей в китайських інтернет магазинах це зробити неможливо.
На корпусі пристрою встановлений регулятор гучності, роз'єм для підключення навушників, мікрофонний електретний капсуль і гніздо для підключення зарядного пристрою. Заряджається слуховий апарат від пятівольтового зарядного пристрою для стільникових телефонів. Корпус роздрукований на 3D принтері. 3D моделі ви можете завантажити за посиланням в кінці статті разом з друкованою платою та іншими файлами для цього проекту. Для заряду Li-Ion акумулятора використана мініатюрна дешева плата контролера, замовлена \u200b\u200bна Аліекспресс.
!!! Не намагайтеся заряджати Li-Ion акумулятор безпосередньо від джерела напруги без плати контролера! Це небезпечно для акумулятора і може привести до його займання!
Принципова схема саморобного слухового апарату з автоматичним регулюванням посилення. Натисніть на схемі для її збільшення
Електретний мікрофон (на схемі не показаний) підключається до контактів mic і GND_mic. До контакту mic потрібно підключити плюсової висновок капсуля, а до контакту GND_mic його другий, мінусовій висновок. Зазвичай у капсуля цей висновок з'єднаний з його корпусом. Використаний електретний конденсаторний капсуль типу WM-61A з Китаю з Аліекспресс:
Напруга живлення на капсуль подається через резистор R1. Далі, через конденсатор С2 сигнал подається на перший каскад посилення, виконаний на транзисторах Q1 і Q2. Вузол автоматичного регулювання посилення зібраний на транзисторі Q3 і польовому транзисторі Q4. Польовий транзистор управляє посиленням першого каскаду, шунтуючи по змінному струмі резистор R13 в ланцюзі колектора транзистора Q2, зменшуючи посилення каскаду при збільшенні рівня вхідного сигналу. Таким чином на виході каскаду підтримується відносно постійний рівень сигналу при зміні вхідного рівня в широких межах. Тут діод D3 випрямляє змінно напруга звукового сигналу, перетворюючи його в пульсує напруга, яке посилюється транзистором Q3 і потім згладжується електролітичним конденсатором C7.
З виходу каскаду попереднього посилення сигнал подається на потенціометр регулювання гучності. Потенціометр на основній схемі не показаний. Як його підключити до контактів плати показано на невеликій схемі нижче. Використовується потенціометр опором 10 кому.
Схема підключення потенціометра регулятора гучності до контактів плати
З движка потенціометра гучності сигнал подається на крайовий підсилювач, зібраний на мікросхемі MC34119 (). Мікросхема є підсилювач потужності звукової частоти, здатний працювати від дуже низької напруги живлення, починаючи з 2 вольт і ідеально підходить для роботи в нашому слуховому апараті з живленням від Li-Ion акумулятора. Фактично мікросхема містить два вихідних каскаду посилення потужності, які працюють в протифазі для реалізації мостового режиму. Навантаження підключається між двома виходами кінцевих підсилювачів мікросхеми, а не між виходом і землею, як в більшості інших інтегральних підсилювачів. Тобто навушники підключаємо до контактів 5 і 8 мікросхеми. Жоден з висновків навушника не повинен бути з'єднаний з "земляним" на це слід звернути увагу, якщо ви використовуєте гніздо навушника, у якого один з висновків з'єднаний з металевим корпусом. таке гніздо необхідно ізолювати від загального проводу пристрою.
Пристрій працює.
Як джерело живлення можна застосувати будь-який невеликий Li-Ion акумулятор напругою 3.7 В, потрібний нам за розмірами. Я робив корпус під "мізинчикові" Li-Ion акумулятор, ні йти його купувати мені було лінь і я в кінці кінців використовував маленький акумулятор від дитячої іграшки - вертольота.
Для заряду акумулятора я застосував ось таку плату, замовлену на Аліекспресс. 10 штук таких плат стоять в районі 150 рублів, я замовив лот 10 штук, плати корисні в радіолюбітелском господарстві і дешеві.
Оскільки на платі контролера встановлений стандартний роз'єм micro Usb, можна використовувати для заряду слухового аппаратв звичайний зарядний пристрій від будь-якого стільникового телефону.
Схема підключення елементів живлення до плати слухового апарату
Друкована плата створена в програмі DipTrace. Креслення друкованої плати ви знайдете в архіві з файлами проекту.
У мого батька з роками з'явилися проблеми зі слухом, і. за рецептом, в магазині "Медтехніка" йому після цілого року очікування видали "чудо техніки XXI століття" - слуховий апарат. Це був звичайний слуховий апарат для людей з вадами слуху, що випускається нашою рідною "і все ще" совкової "радіопромисловістю.
Зроблений він був дуже погано: схемне рішення і елементна база давно застаріли, якість збірки і деталей залишали бажати кращого, а вже параметри - просто ніякі! "Чудо техніки" працювало погано (майже не компенсувало втрату слуху) і недовго (дуже швидко "здохли" мініатюрні акумулятори). Та й самій "зарядки" вистачало ненадовго.
У відкритому нещодавно "Центрі протезування слуху" запропонували апарат нового покоління з програмуванням параметрів слуховою каналу. Начебто, добре, але ціни у них - "кусючі", та й, як з'ясувалося пізніше, глибоку втрату слуху вони компенсувати теж не можуть.
Ось і довелося вирішувати цю проблему самому. А з чого почати? Від пьезокерамического мікрофона (уявляєте, він до цих пір застосовується в слухових апаратах!) Я вирішив відразу відмовитися, тому що його АЧХ - повне убозтво. Зараз у продажу є електретних мікрофони-таблетки (з вбудованим підсилювачем на польовому транзисторі) від стільникових телефонів або сучасних телефонних апаратів. У таких мікрофонів і АЧХ рівна, і чутливість висока.
Електромагнітний телефонний капсуль, виконаний явно за зразком ТМ-4М (такий собі анахронізм, вперто не бажає ставати реліквією минулого століття), я теж забракував. Його АЧХ - до пари п'єзокерамічним мікрофона, а віддача (через високий опору обмотки) - низька. З такою віддачею дійсно ніякої корекції слуху не вийде. Для цієї мети я порахував придатними звичайні вкладні (в вухо) стереонавушники від портативних плеєрів.
За основу схеми я вибрав підсилювач для підслуховування ( "шпигунська техніка"). Трохи спростивши її, отримав цілком робочу схему слухового апарату (рис.1), який вмістився в стандартний корпус розмірами 128x66x28 мм.
Резистором R1 встановлюють чутливість мікрофона ВМ1 слухового апарату. Конденсатори СЗ і С4 формують АЧХ в області високих частот (запобігають самозбудження на ультразвуку і не допускають перевантаження підсилювача на вищих звукових частотах). Конденсатор С5 формує АЧХ на низьких частотах (знімає "бурмотіння" мікрофона). Резистором R8 виставляється робоча точка вихідного каскаду: напруга на емітера VT4 і VT5 має становити половину напруги.
На транзисторі VT6 зібраний індикатор стану акумуляторної батареї GB1. Резистором R12 виставляється напруга запалювання світлодіода VD2 на рівні 4 В, що відповідає мінімально допустимому напрузі батареї. Як VD2 використовується зелений світлодіод діаметром 2 мм підвищеної світловіддачі серії "Піранья". Акумуляторна батарея складається з чотирьох елементів ємністю 500 ... 1000 мА-ч. Світлодіод VD3 відображає зарядку (гасне після її завершення). Як VD3 застосовується АЛ307 червоного кольору. Стабілітрони VD4 і VD5 підбираються для обмеження напруги (при підключеному блоці зарядки) на рівні 7,3. ..7.4 В. В якості вихідного роз'єму Х1 використовується просте пластмасове стереогнездо для установки на плату Правий і лівий канали в ньому Запаралеленими на друкованій платі, так як це покращує віддачу навушників. Оскільки такі гнізда служать недовго, я рекомендую їх nставіть відразу два паралельно. Це дозволить не витрачати час на ремонт (заміну) одного гнізда - треба лише вставити навушник в інше гніздо.
Форма, розташування деталей на платі і креслення друкованої плати показані на ріс.2-4. Мікрофон ВМ1 встановлений в м'якою гумовою обоймі з фіксацією всередині корпусу силіконовим клеєм-герметиком.
Блок зарядки акумуляторів виготовляється з універсального блоку живлення ( "китайського") для електронної апаратури (рис.5). У ньому для роботи використовується третій (знизу) відведення вторинної обмотки трансформатора. Напруга холостого ходу на виході - близько 9,7 В, струм зарядки при зазначеному номіналі R1 - приблизно 50 мА. Однієї зарядки акумуляторної батареї вистачає на 3 ... 5 днів роботи слухового апарату. Апарат допускає одночасну роботу і зарядку.
Звуковий тиск, що створюється цим слуховим апаратом (відповідних вимірювальних приладів у мене не було), настільки велике, що у нормально чує створює больові відчуття і подальшу за цим тимчасову (кілька хвилин) глухоту. Мій батько, маючи глибоку втрату слуху, з цим слуховим апаратом отримав практично повну компенсацію слуху з хорошою розбірливість.
При повторенні конструкції особливу увагу слід приділити навушників. Деякі з них не здатні створювати досить велике звуковий тиск або через велику провідникові, або внаслідок низького ККД (читай якості). Хороший ефект можуть дати накладні навушники з оголовьем і м'якими амбушюрами для апаратури Hi-Fi. Однак застосування таких навушників можливо тільки при хорошому приляганні амбушурів.
На передній стінці корпуса слуховою апарату корисно встановити засувку для кріплення за клапан нагрудної кишені. Досвідченим радіоаматорам є сенс попрацювати над зменшенням розмірів слухового апарату за рахунок переходу на мікросхеми і мініатюрні акумулятори.
В.ЗАХАРЕНКО. UA4HRV, Самара.
В. Муравин
Людям з ослабленим слухом слуховий апарат (СА) допомагає спілкуватися з навколишнім світом, брати активну участь у трудовій та громадській діяльності. Для одних він є єдиним способом відтворення людської мови, для інших - засобом підвищення розбірливості мови і навіть дає можливість поліпшити якість прослуховування музики.
У нашій країні промисловістю випускаються кілька типів слухових апаратів з різними технічними характеристиками і в різних конструктивних виконаннях.
В даний час ведуться роботи по переводу слухових апаратів на нову елементну базу, щодо поліпшення їх технічних характеристик і експлуатаційних зручностей. Так, розроблена спеціалізована мікросхема для СА К538УН2. Підсилювач цієї мікросхеми має малі шуми, споживану потужність і розрахований на підключення телефону з опором 1 кОм.
Однак у випускаються промисловістю СА можна відзначити наступні недоліки:
недостатнє акустичне посилення. Втрати слуху у людей з ураженням звуковідтворювального апарату можуть досягати 80 ... 90 дБ на частоті 4 кГц, яка вважається мінімально допустимої верхньої частотою смуги пропускання з точки зору забезпечення задовільною (92%) розбірливості мови;
плоска частотна характеристика апарату, яка згідно з ГОСТ 10893-69 повинна мати в смузі частот 400 ... 3000 Гц нерівномірність не більше 30 дБ (люди з різними видами втрати слуху мають різні аудіограми);
низька економічність СА. Токи споживання мають силу близько 5 ... 12 мА, що при використанні джерел живлення ємністю 0,05 ... 0,15 мА / год забезпечує роботу апарату протягом 10 ... 12 год. Вихідні каскади працюють, як правило, в лінійному режимі, а це веде до того, що струм споживання в режимі мовчання такий же, як і при максимальній гучності;
відсутність обмежувачів максимального рівня. Тільки одна модель СА має АРУ, до того ж малоефективну. Не застосовуються в промислових слухових апаратах обмежувачі пікових значень сигналу і компресори;
відсутність помітних (добре видимих) індикаторів включення, що особливо важливо при відносно великих токах споживання. Як правило, СА має мітку на регуляторі гучності, поєднаному з вимикачем харчування.
Серед параметрів СА найбільший вплив на якість відтворення звуків і розбірливість мови, а отже, і на реальний ефект при протезуванні слуху надають амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) слухового апарату і рівень шумів.
Зупинимося на цьому докладніше. Як вже зазначалося, що випускаються промисловістю СА мають погану АЧХ, а втрати слуху можуть характеризуватися різними аудіограмі. Якщо при ураженні звуковідтворювального апарату аудиограмма плоска і має нерівномірність близько 20 дБ, то при ураженні звуковоспринимающего апарату і комбінованому ураженні аудиограмма має спад в області частот 500 ... 4000 Гц з нахилом, що досягає 30 дБ / окт. .
Крім того, необхідно враховувати, що мікрофони і телефони, що застосовуються в СА, також мають спад на частотній характеристиці з нахилом, що досягає в області частоті 2000 ... 4000 Гц 30 дБ / окт. Деякі СА забезпеченірегуляторами частотної характеристики, однак вони являють собою найпростіші ланцюги і не забезпечують необхідної корекції.
Другий важливий фактор, що впливає на якість роботи СА рівень шумів. Відомо, що для розбірливого сприйняття мови необхідно, щоб дотримувалися співвідношення сигнал / шум більше 20 дБ. Якщо прийняти мінімальний рівень інтенсивності звуків 40 дБ, тоді напруга шумів, приведених до входу, повинно бути не більше 3 мкВ.
Внутрішні шуми СА можуть бути знижені застосуванням у вхідних каскадах малошумящих транзисторів.
Важче виділити корисний сигнал на тлі навколишніх шумів. Якщо здорове вухо сприймає навколишні шуми вибірково у напрямку, т. Е. Вибирає з них корисну інформацію, що приходить з певного напряму, то СА підсилює звуки, що приходять з усіх боків; в результаті на вході слухового проходу співвідношення сигнал / шум буває недостатнім.
При вдосконаленні СА і створенні нових моделей необхідно враховувати всі перелічені фактори, що впливають на якість відтворення звуків і розбірливість мови.
Розглянемо структурну схему слухового апарату.
Слуховий апарат являє собою, як правило, пристрій, що складається з мікрофона, вхідного підсилювача, пристрої корекції, крайового підсилювача, телефону (рис. 1).
Мал. 1 Структурна схема слухового апарату
Пристрій корекції може бути поєднане з одним з підсилювачів, однак при цьому воно не буде функціонально і конструктивно закінченим і повністю забезпечувати досить високі вимоги по корекції частотної характеристики СА.
Крім того, до складу СА можуть додатково включатися обмежувач максимального рівня вихідного сигналу, індикатор включення СА, індикатор розрядки батарей і т. П.
Технічні вимоги, що пред'являються як до всього СА, так і до складових його пристроїв, визначаються характеристиками слуху пацієнта.
Найбільш детальне і точне вимірювання характеристик слуху забезпечує аудіометричного метод вимірювання, при якому на досліджуване вухо через електродинамічні телефони подаються тони різної частоти і гучності. Електродинамічні телефони придатні в даному випадку, так як мають найменше акустичний опір і забезпечують тому меншу залежність звукового тиску від індивідуальних відмінностей розмірів зовнішнього вуха. Крім того, це задовольняє вимозі єдності вимірювань, коли результати можуть бути порівнянні і не залежать від місця, часу і умов проведення.
Можна піти іншим шляхом: знімати аудіограму з тим телефоном, який буде експлуатуватися зі слуховим апаратом. Тоді в аудіограмі будуть враховані як частотні характеристики даного телефону, так і індивідуальні особливості слухового проходу, що дозволить створити більш ефективну схему корекції АЧХ слухового апарату. Другий шлях прийнятний при створенні СА для конкретного пацієнта. У тому випадку, якщо СА створюються за модульним принципом, може бути розроблений ряд модулів пристроїв корекції, один з яких після зняття аудіограми вбудовується в апарат.
Вхідний підсилювач СА повинен мати коефіцієнт посилення, достатній для розкачки кінцевого каскаду. Важливою вимогою є і низькі шуми, так як джерелом сигналу для вхідного підсилювача є мікрофон, який має відносно малу чутливість (близько 4 мВ / Па). Особливістю роботи вхідних підсилювачів СА є малі робочі струми і напруги.
Зазвичай вхідні підсилювачі СА будуються по двох-або трехкаскадного схемою, в якій транзистори включаються за схемою з загальним емітером. Стабілізація режиму по постійному струму здійснюється за допомогою місцевих негативних зворотних зв'язків.
Більшою стабільністю, ніж в промислових СА, володіє підсилювач, схема якого наведена на рис. 2.
Мал. 2. Принципова схема вхідного підсилювача 1
Цей підсилювач побудований за схемою з безпосередніми зв'язками між каскадами і охоплений загальною негативним зворотним зв'язком (ООС) по постійному струму. Режим по постійному струму встановлюється за допомогою резисторів R3 і R6. У першому каскаді підсилювача застосований малошумящий транзистор П28. Крім того, режим роботи цього транзистора (Ік \u003d 0,4 мА, Uке \u003d 1,2 В) також забезпечує мінімальні шуми. Смуга частот підсилювача за рівнем -3 дБ 300 ... 7000 Гц, коефіцієнт посилення Ку дорівнює 1700.
У малошумливих вхідних каскадах добре працюють германієві транзистори П28, МП39Б, ГТ310Б, ГТ322А, кремнієві КТ104Б, КТ203Б, КТ326Б, але особливо хороші результати дають малошумливі транзистори серій КТ342, КТ3102 і КТ3107. Вони здатні працювати при токах колектора, що обчислюються десятками мікроампер, і напрузі колектор - емітер менше 1 В, не втрачаючи високих підсилювальних властивостей.
Схема вхідного підсилювача на транзисторах КТ3102Е приведена на рис. 3 і з побудови аналогічна попередній схемі.
Мал. 3. Принципова схема вхідного підсилювача 2
Транзистор першого каскаду працює в мікрострумову режимі (Ік \u003d 0,04 мА, Uке \u003d 1 В). Коефіцієнт посилення такого підсилювача дорівнює 3000.
Більше посилення можна отримати, якщо між першим і другим каскадами поставити емітерний повторювач так, як показано на рис. 4.
Мал. 4. Принципова схема вхідного підсилювача 3
Тут крім місцевих негативних зворотних зв'язків у кожному каскаді і загальної ООС по постійному струму введена ще і ООС по змінному струмі (Rос), за допомогою якої можна регулювати коефіцієнт посилення підсилювача. Коефіцієнт посилення підсилювача без зворотного зв'язку (Rос відключений) дорівнює 11 000, зі зворотним зв'язком - 1700; напруга шумів, наведене до входу при його закорачіваніі, не більше 2 мкВ.
Раніше вже говорилося, що основні спотворення наскрізний АЧХ СА визначаються мікрофоном і телефоном. В слухових апаратах найбільш поширений мікрофон M1. Його частотна характеристика приведена на рис. 5.
Мал. 5. Амплітудно-частотна характеристика мікрофона
Ця характеристика усереднена і знята в умовах вільного звукового поля. Такі вимірювання представляють важку технічну задачу. У реальних умовах на вигляд частотної характеристики мікрофона великий вплив мають об'єм приміщення, навколишні предмети і т. П. Тому в подальшому в розрахунок будемо брати усереднену характеристику мікрофона.
Аналіз усереднених характеристик мікрофона, телефону і втрат слуху при різних видах пошкоджень дозволяє розділити частотний діапазон на три ділянки: до 1000 Гц, від 1000 до 2000 Гц і вище 2000 Гц.
На ділянці до 1000 Гц результуюча АЧХ, що представляє суму АЧХ мікрофона, телефону і втрат слуху, має невеликий підйом, обумовлений підйомами АЧХ мікрофона і телефону.
На ділянці від 1000 до 2000 Гц результуюча АЧХ може бути постійною, мати підйом або спад, що пов'язано з формою характеристики втрат слуху на цій ділянці. Тут же можуть бути невеликі максимуми і мінімуми.
На частотах вище 2000 Гц спад результуючої АЧХ обумовлений спадом АЧХ телефону і характеристики втрат слуху.
Звідси випливає, що при розробці пристроїв корекції необхідно сформувати АЧХ цих пристроїв, зворотний результуючої АЧХ тракту «мікрофон-телефон-вухо».
Така характеристика корекції може бути отримана паралельним включенням фільтрів низьких частот (ФНЧ), фільтрів високих частот (ФВЧ) або загороджувальних фільтрів в різних комбінаціях. Кількість ланок фільтра залежить від необхідного нахилу АЧХ.
Пристрої корекції можуть бути побудовані на основі активних фільтрів, описаних в, в яких в якості неінвертуючий підсилювачів краще використовувати не операційні підсилювачі, а більш економічні емітерний повторювачі.
Мал. 6. Принципові схеми фільтрів II порядку: а -нижнє частот; б -Верхній частот
Схеми активних ФВЧ і ФНЧ II порядку наведені на рис. 6, а ФВЧ і ФНЧ III порядку - на рис. 7. Вони мають частотні характеристики з нахилом 12 і 18 дБ / окт. відповідно.
Мал. 7. Принципові схеми фільтроі III порядку: а - нижніх частот; б - верхніх частот
Якщо характеристика корекції повинна мати більший нахил, необхідно включити кілька фільтрів послідовно.
Схема загороджувального фільтра наведена на рис. 8, а, а його частотна характеристика - на рис. 8, б.
Мал. 8. Загороджувальний фільтр:
а - принципова схема; б - частотна характеристика
Смуга загородження фільтра залежить від його коефіцієнта посилення.
Середня частота смуги загородження визначається за формулою
fо \u003d 0,28 / RC,
де R \u003d R1 \u003d R2, С \u003d С1 \u003d С2.
кінцеві підсилювачі повинні мати, як правило, плоску АЧХ, забезпечувати необхідний максимальний рівень сигналу на навантаженні і бути економічними.
У промислових СА крайовий каскад побудований, як правило, по одотактной схемою і працює в лінійному режимі, тому вихідний рівень і ККД таких підсилювачів, а отже, і СА невеликі.
Підвищити ККД СА можна, якщо крайовий підсилювач побудувати за схемою з плаваючою робочої точкою, як показано на рис. 9, а, б).
Мал. 9. Принципові схеми кінцевих підсилювачів з плаваючою робочої точкою
Пристрій за схемою на рис. 9, б відрізняється більш ефективним зміщенням робочої точки каскаду при подачі сигналу на вхід і відповідно меншими нелінійними спотвореннями. Резистором R1 встановлюється початковий струм (без сигналу), що дорівнює 2 ... 3 мА, а резистором R2 - мінімальні спотворення сигналу на навантаженні. При цьому максимальний колекторний струм транзистора VT1 досягає 20 мА. Крайовий підсилювач, побудований за схемою рис. 9, забезпечує на навантаженні 60 Ом максимальний сигнал 500 мВ при напрузі живлення 3 В і 1,5 мВ при напрузі 9 В, що відповідає максимальним вихідним рівнями 120 і 130 дБ (при чутливості телефону, прийнятої 0,04 Па / мВ). Недоліки таких схем - низький (не більше 10 ... 15%) ККД і великі нелінійні спотворення. Більший ККД (до 50%) забезпечують кінцеві підсилювачі, побудовані за схемою двотактної, як показано на рис. 10, а, б. У цих підсилювачах початковий струм, що дорівнює 1,2 мА для схеми рис. 10, а і 2 мА для схеми рис. 10, б, встановлюється резисторами R4 і R2 відповідно. Резисторами R2 і R4 для схем по рис. 10, а і 10, б відповідно встановлюється напруга в точці А, рівну половині напруги живлення.
Рис 10. Принципові схеми двотактних кінцевих підсилювачів
Кінцеві підсилювачі, побудовані за схемами рис. 10, забезпечують максимальні вихідні рівні 122 і 133 дБ для рис. 10, а і 10, б відповідно, ККД близько 50%.
Майже такими ж характеристиками, як і підсилювач, побудований за схемою рис. 10, б, але при меншій кількості деталей, володіє підсилювач на операційному підсилювачі К140УД5А (рис. 11). Тут резистором R1 встановлюється напруга в точці А, рівну половині напруги живлення, а резистором R4 - коефіцієнт посилення каскаду. Початковий струм становить приблизно 2,8 мА. Підсилювач, побудований за схемою рис. 11, забезпечує максимальний вихідний рівень 131 дБ. ККД цього підсилювача трохи нижче, ніж у попередніх, - 37%.
При дослідженні не ставилося за мету - підібрати в кожній парі транзистори по параметру h21е. При підборі транзисторів в кожну пару розглядалися їх довідкові дані: структура (p-n-p, n-р-n), матеріал (германій, кремній), зворотний струм колектора, коефіцієнт посилення, напруги насичення. Транзистори встановлювалися в підсилювач, виконаний за схемою рис. 11.
Мал. 11. Принципова схема кінцевого підсилювача з мікросхемою
У кожній парі були досліджені по 3 транзистора кожного типу (щоб запобігти випадковому підбір). Вимірювалося максимальна вихідна напруга на навантаженні - резистори опором 60 Ом. Результати вимірювань наведені в табл. 1.
З таблиці видно, що кращі результати виходять з германієвими транзисторами. Використання високочастотних транзисторів ГТ329Б і ГТ310Б не виправдане, до того ж значення гранично допустимих параметрів цих транзисторів близькі до робочого режиму в цьому підсилювачі.
Ще більшим ККД (до 75%) мають кінцеві підсилювачі, виконані по бруківці схемою. Хоча вони мають майже в 2 рази більше деталей, але дозволяють отримати вдвічі більшу потужність при тій же напрузі джерела живлення, що особливо важливо для портативних пристроїв.
У найпростішому випадку крайовий підсилювач, зібраний за мостовою схемою, являє собою два однакових кінцевих каскаду (А2, A3), входи яких підключені до каскаду з парафазного виходами (А1), а виходи - до навантаження (рис. 12).
Мал. 12. Структурна схема мостового крайового підсилювача
При використанні в кінцевих каскадах інтегральних операційних підсилювачів (ОУ) можна виключити каскад з парафазного виходами, включивши один ОУ за схемою з інвертується входом, інший - за схемою з неінвертірующего входом. Схема такого підсилювача наведена на рис. 13.
Мал. 13. Принципова схема мостового крайового підсилювача
Кінцеві підсилювачі можуть бути виконані також за схемами, наведеними в. Всі вони зібрані по бруківці схемою і відрізняються один від одного способами включення вихідних транзисторів і їх розгойдування. ККД цих підсилювачів від 40 до 75%.
У табл. 2 наведені порівняльні характеристики кінцевих підсилювачів, виконаних за схемами рис. 9, 10, 11, 13.
Таблиця 2
У промислових СА індикація включеного стану здійснюється за допомогою ризики на регуляторі гучності, поєднаному з вимикачем харчування.
Однак такий індикатор малопомітний, а неодружене включення призводить до швидкої розрядки джерел живлення.
Хорошу індикацію включення СА забезпечують світлодіоди. Практика показала, що світлодіод АЛ102 добре світиться вже при струмі 2,5 ... 3 мА, а світлодіод АЛ310А - навіть при струмі 1,5 мА.
Для індикації включення СА можна застосувати імпульсний індикатор, схема якого наведена на рис. 14. Основу його складає несиметричний мультивібратор на транзисторах VT1, VT2. Навантаженням мультивибратора є світлодіод VD3 АЛ310А. Тривалість його світіння визначається параметрами ланцюга R2C1, а частота спалахів - параметрами ланцюга R3C2. Резистор R4 обмежує імпульсний струм через світлодіод. На наведеній схемі частота спалахів світлодіода становить приблизно 0,5 Гц, а співвідношення вимкненого та увімкненого стану світлодіода - близько 7.
Мал. 14. Принципова схема імпульсного індикатора
Розглянемо кілька можливих конструкцій СА.
Схема найбільш простого СА представлена \u200b\u200bна рис. 15. До складу цього апарату входить двохкаскадний вхідний підсилювач і однокаскадний крайовий підсилювач з плаваючою робочої точкой. Індикатором включення є світлодіод АЛ102.
Мал. 15. Принципова схема слухового апарату 1
В апараті використані мікрофон Ml і телефон ТМ2А від промислових слухових апаратів. Регулятор гучності з вимикачем - резистор СП3-3. Харчування апарату здійснюється від батареї «Крона».
Технічні характеристики СА: акустичне посилення 58 дБ, максимальний вихідний рівень 128 дБ. Початковий струм споживання (без сигналу) не більше 4 мА. АЧХ підсилювача плоска в діапазоні 300 ... 7000 Гц. СА розміщується в пластмасовому корпусі розміром 85X59X24 мм.
Слуховий апарат, схема якого зображена на рис. 16, досить економічний: при харчуванні від двох батарей напругою 1,5 В він споживає (при відсутності сигналу) струм 1,7 мА. При цьому параметри СА не гірше, ніж у попередньої конструкції. Так, акустичне посилення становить 64 дБ, а максимальний вихідний рівень 120 дБ. Цей СА також має плоску АЧХ в діапазоні 300 ... 6000 Гц і розміщується в пластмасовому корпусі розміром 85x59x18 мм.
Мал. 16. Принципова схема слухового апарату 2
При розробці наступної конструкції була знята характеристика втрат слуху з телефоном ТМ-2А. Аудіограма плохослишащіх порівнювалася з аудіограмі здорової людини. Різницею цих двох аудіограм є характеристика втрат слуху, яка представлена \u200b\u200bна рис. 17.
Мал. 17. Характеристика втрат слуху
Зняття аудіограми проводилося таким чином. Спочатку встановлювалася частота і мінімальний рівень сигналу з виходу генератора. Потім телефон, на який розрахований розробляється апарат, розміщували в слуховий прохід. Рівень сигналу поступово збільшували до тих пір, поки він не став чутним. Проводилося вимірювання сигналу з виходу генератора. Потім нормально чутний сигнал поступово зменшували. Коли звук в телефоні пропав, вимірювали милливольтметром сигнал з виходу генератора. Середньоарифметичне значення першого і другого вимірів сигналу генератора і буде граничним рівнем. Необхідно провести вимірювання порогових рівнів в діапазоні частот 200 ... 7000 Гц. Для підвищення точності вимірювань і виключення випадкових помилок зняття аудіограми можна повторити 3 ... 5 разів.
З характеристики втрат видно, що на ділянці до 1000 Гц спостерігається підйом з нахилом приблизно 12 дБ / окт., А після 1000 Гц - різкий спад: до 2500 Гц з нахилом 26 дБ / окт., Потім ще більше. Наклавши на характеристику втрат слуху усереднену АЧХ мікрофона, ми можемо отримати характеристику пристрою корекції. Вона виглядає так, як показано на рис. 18.
Мал. 18. Характеристика пристрою корекції
Така характеристика може бути отримана за допомогою загороджувального фільтра, схема і експериментальна частотна характеристика якого представлена \u200b\u200bна рис. 19.
Мал. 19. Принципова схема і амплітудно-частотна характеристика загороджувального фільтра
Схема слухового апарату з корекцією представлена \u200b\u200bна рис. 20.
Мал. 20. Принципова схема слухового апарату 3
Цей апарат містить двохкаскадний вхідний підсилювач, пристрій корекції, що представляє собою загороджувальний фільтр, двохкаскадний крайовий підсилювач, зібраний по двотактної бестрансформаторних схемою, і імпульсний індикатор включення СА. Акустичне посилення апарату 87 дБ, максимальний вихідний рівень 124 дБ. Початковий струм споживання (без сигналу) не більше 1,8 мА. Частота спалахів світлодіода підібрана приблизно 0,5 Гц, а співвідношення вимкненого та увімкненого станів світлодіода - близько 7, тому його споживання від джерела живлення мало.
Харчується слуховий апарат від двох батарей напругою 1,5 В. Розміщений він в пластмасовому корпусі розміром 59x85x16 мм. За суб'єктивною оцінкою цей СА забезпечують хорошу розбірливість мови і дозволяє поліпшити якість прослуховування музики. Особливо великий виграш отриманий на ділянці 1 ... 3 кГц, тоді як при використанні звичайних слухових апаратів звуки з такими частотами практично не прослуховуються.
література
1. Ефруссі М. М. Слухові апарати і аудіометри.- М .: Енергія, 1975.
2. М у р а в і й В. Д. Слухові аппарати.- На допомогу радіоаматори. Вип. 58, 1977.
3. Алексєєв Г. В. Деякі методи підключення мостових підсилювачів потужності до предусілітелю.- Напівпровідникова електроніка в техніці зв'язку. Вип. 21, 1981.
4. Маклюк М. RС-фільтри з плоскими частотними характерістікамі.- Радіо, 1968, № 7.
5. Карєєв В., Терехов С. Операційні підсилювачі в активних RС-фільтрах.-Радіо, 1977, № 8.
[Email protected]
Слуховий апарат являє собою нескладне звукопідсилююче пристрій, що складається з мікрофона, вхідного підсилювача, крайового підсилювача і телефону. Вхідний підсилювач зібраний на двох транзисторах Т1 і Т2 по схемі з безпосередніми зв'язками між каскадами і охоплений загальною негативним зворотним зв'язком по постійному струму, з метою стабілізації коефіцієнта підсилення і поліпшення амплітудно-частотної характеристики. Установка режимів транзисторів Т1 і Т2 здійснюється за допомогою резисторів R3 і R6. Важливим є застосування в першому каскаді підсилювача малощумящего транзистора П28. Крім того, режим роботи цього транзистора (Ік \u003d 0,4 мА, Uке \u003d 1,2 В) також забезпечує мінімальні шуми. Підсилювач забезпечує рівномірне посилення сигналу в смузі частот розмовного спектра 300 ... 7000 Гц. З колектора транзистора Т2 сигнал надходить на потенціометр R7, що виконує роль регулятора посилення. Замість транзистора П28 можна застосувати: МП39Б, ГТ310Б, ГТ322А, кремнієві КТ104Б, КТ203Б, КТ326Б, але особливо хороші результати дають малошумливі транзистори серій КТ342, КТ3102 і KТ3107. Кінцевий каскад зібраний на транзисторі Т3 за схемою підсилювача з плаваючою робочої точкою, що дозволяє різко зменшити струм, споживаний каскадом в режимі мовчання.
Дана схема підсилювача слухового апарату відрізняється ефективним зміщенням робочої точки каскаду і відповідно невеликими нелінійними спотвореннями. При подачі сигналу на вхід з резистора R7 через конденсатор С6 сигнал надходить на базу транзистора Т3.Усіленний транзистором сигнал з колектора Т3 через конденсатор С8 надходить на випрямляч-подвоювач на діодах Д1 і Д2. Випрямлена напруга накопичується на конденсаторі С7 і прикладається до бази транзистора Т3, зміщуючи його робочу точку в бік відкривання.
Резистором R8 встановлюється початковий струм каскаду. Слуховий апарат живиться напругою 9 вольт від елемента "Крона". Світлодіод Д3 служить для індикації включення живлення. Як мікрофона можна використовувати будь-який мініатюрний динамічний або конденсаторний мікрофон. У разі застосування конденсаторного мікрофона, необхідно подати на нього харчування через резистор 3 - 5 кОм. Як телефону можна іспользоватьТМ-3, ТМ-4. Для слухового апарату був підібраний відповідний пластмасовий корпус, в якому розміщується друкована плата і джерело живлення. При налагодженні необхідно в першу чергу встановити струми всіх транзисторів. резисторами R4 і R6 струми Т1 і Т2, потім резистором R8 при відключеному мікрофоні устанавить струм спокою транзистора Т3 рівним 2-2,5 мА. На базу транзистора Т3 з генератора подають сигнал частотою 1000 Гц і амплітудою, що відповідає максимальній амплітуді сигналу на колекторі транзистора Т3. Резистором R9 домогтися неспотвореного посилення сигналу. При цьому струм колектора транзистора повинен мати величину 15-17 мА. Підібрати ємність конденсатора C3 по найбільш кращому звучанню, відсутності різких звуків. Автор: Шимко Сергій.
