西电电子创新实验大报告.docx

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西电电子创新实验大报告

电子产品创作设计课程项目设计论文

题目：

助听器设计

院系:

电子工程学院

班级:

021251

西安电子科技大学

助听器制作

摘要：

助听器（HearingAid）是一个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。

广义上讲凡能有效地把声音传入耳朵的各种装置都可以看作为助听器，狭义上讲助听器就是一个电声放大器，通过它将声音放大使聋人听到了原来听不清楚，听不到的声音，这种装置就是助听器。

当前助听器主要分为模拟助听器与数字助听器两种。

其中模拟助听器是不管患者的听力损失曲线形状，对声音进行统一的放大，而数字助听器是根据患者的听力损失曲线形状进行精确的补偿。

由于数字助听器对听力的补偿效果及患者的残余听力保护效果都要较模拟助听器更好，所以当前国内市场主要销售的产品以数字助听器为主。

助听器从佩戴位置及外形的角度又可分为耳背式助听器，耳内式助听器，耳道式助听器，完全耳道式助听器，100%隐形助听器等。

发展史

助听器（HearingAid）是一种供听障者使用的、补偿听力损失的小型扩音设备（全聋的患者无法通过助听器听到声音），其发展历史可以分为以下七个时代：

手掌集音时代、炭精时代、真空管、晶体管、集成电路、微处理器和数字助听器时代。

人类最早、最实用的“助听器”可能是听障者自己的手掌。

将手掌放在耳朵边形成半圆形喇叭状，可以很好地收集声音，也可以阻挡了部分来自耳后的声音，虽然这种方法的增益效果在中高频仅为5~10dB，而且也不是现代意义上的助听器，但是这是最自然的助听方法。

仍然可以看到一些老年人在倾听别人讲话时用手掌来集音的情况。

许多哺乳动物都有硕大的耳朵，所以它们的听力比人要好得多。

受到手掌集音的启发，一些有心人先后发明了各种形状的、简单的机械装置，如象嗽叭或螺号一样的“耳喇叭”，木制的“听板”、“听管”，象帽子和瓶子一样的“听帽”、“听瓶”，象扇子和动物翅膀一样的“耳扇翼”，以及很长的象听诊器一样的“讲话管”，等等。

由于人们认为听管越长集音效果越好，所以有的听管竟长达几十厘米，甚至一米多。

听别人讲话时用手拿着听管伸到别人的嘴边，样子滑稽可笑，但却使聋人提高了听力。

同时，也提醒讲话者尽量大声讲话。

这种简单的机械助听装置一直使用了几百年，直到十九世纪，才逐渐被炭精电话式助听器取代。

1878年，美国科学家Bell发明了第一台炭精式助听器。

这种助听器是由炭精传声器、耳机、电池、电线等部件组装而成。

1890年，奥地利科学家FerdinantAlt制备出了第一代电子管助听器。

1904年，丹麦人HansDemant与美国人ResseHutchison共同投资批量生产助听器。

到二十世纪40年代，已经有气导和骨导两种类型的助听器了。

这个时期的助听器在技术上已经有了较大的发展和提高，虽然能够满足一些聋人的需要，但是，还有许多缺点，如噪声太大，体积笨重如17寸电视机，不易携带，等。

1920年，热离子真空管（热阴极电子管）问世不久，就出现了真空管助听器。

随着真空管技术的不断发展，助听器体积逐渐变小，实现了主机和电池的分离。

1921年，英国生产了第一台商业性电子管助听器。

由于电子管需要两个电源供电（一是加热电子管中的灯丝，使之发放电子；二是驱动电子通过电栅到达阳极），因此这种助听器体积大而笨重，虽然增益和清晰度较好，但几乎无法携带。

随着时间的推移，汞电池代替了锌电池，使电池的体积显著减小，电池与助听器终于可以合为一体了。

第二次世界大战时，出现了如印刷电路和陶瓷电容等新技术材料，使得一体式助听器的体积显著缩小，这样，助听器就可以随身携带了。

逐渐地，助听器也采用了削峰（peakclipping,PC）和压缩（automaticgaincontrol,AGC）等技术。

1943年，开始研制集成式助听器，将电源、传声器和放大器装在一个小盒子内，为现代盒式助听器的雏形。

同年，丹麦建立了两家工厂批量生产助听器，一家是Oticon，一家是Danavox。

助听器的体积也越来越小，最后，竟能像香烟盒一样大，携带已非常方便。

1948年，半导体问世，电子工程师们立即将半导体技术应用于助听器，获得较好效果。

采用一部分半导体元件，可以使助听器的体积进一步缩小，如果全部采用半导体元件，声反馈将不可避免。

1953年，晶体管助听器问世，使助听器向微型化发展提供了可能性。

1954年，出现了眼镜式助听器。

为了避免声反馈，设计者将接受器和麦克风分别装在两边的眼镜腿上，但未能实现双耳配戴。

1955年，推出了整个机身都在单个镜腿上的眼镜式助听器，使双耳同时配戴助听器成为可能。

1956年，制成了耳背式助听器，不仅体积进一步减小，优越性也超过了眼镜式和盒式助听器，成为全球销售量最大的助听器。

1957年，耳内式助听器问世。

新的陶瓷传声器频率响宽阔平坦，克服了以往压电晶体的不足。

钽电容的出现，使电容体积进一步减小，晶体管电路向集成电路这一小型化方向快速发展。

随着大规模集成电路的出现，助听器的体积进一步减小，耳内式助听器出现以后不久，半耳甲腔式、耳道式、完全耳道式助听器相继出现，在很大程度上满足了患者心理和美观上的需要。

1958年，中国开始生产盒式助听器。

1988年出现的可编程助听器，利用遥控器变换多个聆听程序，以达到最舒适的听觉感受。

可编程助听器采用广角麦克风和指向性麦克风助听器，可在日常生活中和嘈杂环境中运用不同的聆听模式，使听到的声音更为清晰。

配带指向性助听器的人虽然目光未投向您，但是，他在专心收听您的讲话，故似乎有监听的特殊用途。

据传，美国前总统克林顿就配戴这样的助听器。

集成电路的问世又迅速地取代了“晶体管助听器”，集成电路IC于1964年问世，其体重小，低耗电，稳定性更高。

随科学技术的飞速发展，助听器也逐步向智能化、体内化发展：

1982年“驻极体麦克风”的问世实现助听器微型化，灵敏度及清晰度更是达到了新的水平；而1990年随着“电脑编程助听器”的问世，助听器增益初步智能化调整，又让助听器达到了另一新水平。

1997年，“数字助听器”的增益智能化调整，使用极为方便，性能达到了更高的水平。

又推出了“数码”助听器，数字信号处理能力极强，为选配提供更大的灵活性。

进入21世纪后，随着技术的发展又出现了可实现100%的隐形助听器。

经历了一百多年的风风雨雨，今天的助听器已经有了隐形助听器、耳内式、耳背式、盒式、眼镜式、发卡式、钢笔式、无线式等多种形状，助听效果明显提高。

电路原理与设计：

（一）基本结构

助听器名目繁多，但所有电子助听器的工作原理是一样的。

任何助听器都包括6个基本结构。

1．话筒（传声器或麦克风）接收声音并把它转化为电波形式，即把声能转化为电能。

2．放大器放大电信号（晶体管放大线路）

3．耳机（受话器）把电信号转化为声信号（即把电能转化为声能）。

4．耳模（耳塞）置入外耳道。

5．音量控制开关

6．电源供放大器用的锌空气电池。

助听器的基本结构包括传音器、放大器、耳机、电源四个主要部分。

助听器把声音信号转变为电信号（电能）送入放大器，放大器则将输入很弱的电信号放大后，再传至输出换能器，输出换能器由耳机或骨振动器构成，其作用是把放大的强信号由电能再转换为声信号（声能）或动能输出。

因此，耳机或骨振动器传出信号比之传声器原来接收的信号强多了，这就可以在不同程度上弥补听觉障碍者的听力损失。

（二）工作原理

它实质上是一个由晶体三极管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。

驻极体话筒B接收到声波信号后，输出相应的微弱电信号。

该信号经电容器C1耦合到VT1的基极进行放大，放大后的信号由其集电极输出，再经C2耦合到VT2进行第二级放大，最后信号由VT3发射极输出，并通过插孔XS送至耳塞机放音。

电路中，C4为旁路电容器，其主要作用是旁路掉输出信号中形成噪音的各种谐波成份，以改善耳塞机的音质。

C3为滤波电容器，主要用来减小电池G的交流内阻（实际上为整机音频电流提供良好通路），可有效防止电池快报废时电路产生的自激振荡，并使耳塞机发出的声音更加清晰响亮。

从电路程式看，为3级低频放大器，除部分电路的末级采用固定偏流式电路外，各级都引入了各种不同形式的负反馈电路，以稳定放大器的工作点和放大倍数，减小非线性失真。

元器件选择

VT1、VT2选用9014或3DG8型硅NPN小功率、低噪声三极管，要求电流放大系数β≥100；VT3宜选用3AX31型等锗PNP小功率三极管，要求穿透电流Iceo尽可能小些，β≥30即可。

B选用CM-18W型（φ10mm×6.5mm）高灵敏度驻极体话筒，它的灵敏度划分成五个挡，分别用色点表示：

红色为-66dB，小黄为-62dB，大黄为-58dB，兰色为-54dB，白色＞-52dB。

本制作中应选用白色点产品，以获得较高的灵敏度。

B也可用蓝色点、高灵敏度的CRZ2-113F型驻极体话筒来直接代替。

XS选用CKX2-3.5型（φ3.5mm口径）耳塞式耳机常用的两芯插孔，买来后要稍作改制方能使用。

改制方法参见图2所示，用镊子夹住插孔的内簧片向下略加弯折，将内、外两簧片由原来的常闭状态改成常开状态就可以了。

改制好的插孔，要求插入耳机插头后，内、外两簧片能够可靠接通，拔出插头后又能够可靠分开，以便兼作电源开关使用。

耳机采用带有CSX2-3.5型（φ3.5mm）两芯插头的8Ω低阻耳塞机。

R1～R5均用RTX-1/8W型碳膜电阻器。

C1～C3均用CD11-10V型电解电容器，C4用CT1型瓷介电容器。

G用两节5号干电池串联而成，电压3V。

调试及问题

本机调试很简单：

首先，通过调整电阻器R2的阻值，使VT1集电极电流（直流毫安表串联在R3回路）在1.5mA左右；然后，通过调整R4阻值，使助听器的总静态电流（直流毫安表串联在电池G的供电回路），在10mA左右即可。

因各人使用的驻极体话筒B参数有所以不同，有时R1的阻值也需要作适当调整，应调到声音最清晰响亮为止。

使用时，一般将助听器置于使用者的上衣口袋内，注意话筒B的受音孔应朝外。

戴上耳塞式耳机，并将插头插入助听器的插孔XS内，电路即自动通电工作；拔出插头，助听器即自动断电停止工作。

四、学习体会

通过此次电子产品创作设计课程学习，本小组不仅学会了最基本最简单的助听器的设计与制作，更学到了很多课外的知识。

首先，在此次学习中，我们进一步锻炼了电路识别、电路分析、电路焊接的能力，深入学习了电容，二极管，三极管等元器件的原理和实际器件的连接方法；其次，在制作过程中，努力学习怎样将课本知识与实践相结合，看到了课本与实际应用中的很大区别，提高了实践意识；在调试过程中，学会如何发现问题、分析问题和解决问题，最终实现目标任务；另外，我们也深刻了解了团队合作、请教老师及他人的重要性，坚持不放弃的毅力。

总而言之，在此次的学习过程中我们收获很大。

五、总结

我们组设计制作的简易助听器有分立元件构成，线路简单，体积小巧有线路简单易实现，造价低，且体积小巧易于携带等特点。

实质上是一个由晶体三极管组成的多级音频放大器，前级有两个三极管组成前级电压放大器，而后用一个三极管做功率放大器。

声音信号经功放后用立体声耳机收听，具有音量调整和接电话功能。

可用1.5V的伏打电池供电，当电池电压降到1.1V时，耳机内的话音依然响亮，清晰。

现代电子助听器是一放大器，它的功能是增加声音强度并尽可能不失真的传入耳内。

因声音的声能不能直接放大，故有必要将其转换为电信号，放大后再转换为声能。

这次设计过程是我们组集体合作完成，通过组员的合作，我们成功设计并完成了此次简易助听器的制作，过程中也发现了不少问题，比如元器件缺乏，线路短路，期间烧坏等问题，不过经过我们的努力和不断调试，最终一一解决了这些问题。

通过这次课题的设计制作，深切的感受到了个人的作用是有限的，开始之前我们搜集了很多的资料，论证了很多方案，最终选择了一种切实可行的方案，制作时，我们分工明确，各司其职。

最终顺利完成。

电创实验是一个团队合作的项目，每个人都有责任有义务为了作品的最终呈现做努力，从开始到最后我们一起讨论了多套方案，最终结合硬件等条件选定了这个项目，每个人的能力都在团队合作的过程中得到提升，相信以后也会有这样的能力去面对眼前的问题，也能通过合作去解决问题，这才是最重要的！

6、参考文献

网址1：

http:

//6AM8AVz_2hACMEs1MAtoKEE9FeIl0I3n600QXdZHtmyNY4sHQXu44pEnYXbYW9DE1ye1uJ6GKS6B5bT4JEXjUvNBSz9-0O

网址2：

七、附录

器件清单:

电阻R1K，1K，10K，68K，100K；

电容10

10

47

0.047

三极管Vt19014，Vt29014，Vt33Ax31

驻极体话筒CM-18W

5号电池2节

XS结8

耳塞机