模电课程设计 电子助听器.doc

2012 2013 学年学年 第第 二二 学期学期 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 课课 程程 设设 计计 报报 告告 题题 目：目： 电子助听器电子助听器 专专 业：业： 班班 级：级： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 陈敏陈敏 电气工程系 2013 年 05 月 08 日 1、任务书、任务书 课题名称课题名称 电子助听器电子助听器 指导教师（职称）指导教师（职称）陈敏陈敏 执行时间执行时间2012 2013 学年第学年第 一学期一学期 第第 11 周周 学生姓名学生姓名学号学号承担任务承担任务 谢飞 1109141058 绘出原理图，Multisim 仿真 薛莉君 1109141062 设计电子助听器电路 孟耀耀 1109141034 根据设计要求和技术指标选好元件和参数 夏克钊 1109141057 根据设计要求和技术指标选好元件和参数 杨箭 1109141063 设计方案与论证 韦翔云 1109141051 硬件的制作与调试 设计目的设计目的 1、掌握多级阻容耦合放大器的设计方法； 2、熟悉微型驻极体话筒应用。 设计要求设计要求 （1）设计电子助听电路； （2）要求绘出原理图，Multisim 仿真； （3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件 及参数； （5）拟定设计步骤； （6）撰写设计报告。 设计指标设计指标 （1）耳机 8 欧姆； （2）放大能力：对话筒轻轻发出声音，耳机能听到宏 亮声音； 摘摘 要要 本次课程设计为电子助听器。为实现放大电路，可有多种不同的选择。应 选择共射极放大电路，之所以会选择共射级放大电路是因为共射极放大电路的 电压，电流，功率增益都比较大，应用广泛。 本次课程设计我们采用 VT1 与外围电路组成了共射极放大电路，担任前置 音频放大。VT2，VT3 组成了两级直接耦合式功率放大电路。我们还对共基极放 大电路和功率放大电路进行了单元电路的设计。当完成单元电路设计后，开始 对整个电路进行仿真图的绘制和仿真结果的运行。最终实现了功率放大电路需 要考虑到输出功率尽可能的大，非线性失真要小。 关键字：关键字：电子助听器，共射级放大电路，输出功率，功率放大，仿真。 0 目录目录 第一章第一章 绪论绪论.2 第二章第二章 电路的设计方案论证及分析电路的设计方案论证及分析.3 2.12.1 电路原理的分析电路原理的分析.3 2.22.2 总体设计方案总体设计方案.5 2.32.3 单元电路设计单元电路设计.6 2.3.12.3.1 共基极放大电路共基极放大电路.6 2.3.22.3.2 功率放大电路功率放大电路.6 2.42.4 工作原理及过程工作原理及过程.7 第三章第三章 电子助听器的仿真电子助听器的仿真.8 结束语结束语.9 参考文献参考文献.9 附录附录.10 1 第一章第一章 绪论绪论 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。耳聋助听器有电力的和非电力的两类，后者目前已被废 弃。前者又有电子管式和晶体管式两种。晶体管式耳聋助听器最为灵巧轻便， 于 1950 年问世后已取代电子管式而被普遍采用。 集成电路的的问世又迅速地取代了“晶体管耳聋助听器” ，集成电路 IC 于 1964 年问世，其体种小，低耗电，稳定性更高。近年来随科学技术的飞速发展， 耳聋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 现耳聋助听器微型化，灵敏度及清晰度更是达到了新的水平；而 1990 年随着 “电脑编程耳聋助听器”的问世，耳聋助听器增益初步智能化调整，又让耳聋 助听器达到了另一新水平。1997 年， “数字耳聋助听器”的增益智能化调整， 使用极为方便，性能达到了更高的水平。 今天我们所用的大部分耳聋助听器都是“数字电脑编程”的，根据我 们每个人听力损失的程度不同来调整，对我们的助听效果又提高了一个层次， 让我们听得更多！ 现在助听器正向小型化、个性化、智能化的趋势发展。 2 第二章第二章 电路的设计方案论证及分析电路的设计方案论证及分析 2.12.1 电路原理的分析电路原理的分析 图 1 设计总框图 通过一个语音信号放大电路将话筒中传来的语音信号放大，在通过一个功 率放大电路将放大后的信号通过耳机输出。 实现放大电路可有多种不同的选择。在这个设计中应选择共射极之所以会 选择共射级放大电路是因为共射极放大电路的电压，电流，功率增益都比较大， 应用广泛。在宽频带或高频情况下，要求稳定性比较好时，共基极电路就比较 适合。共集电极电路的优点是输入电阻很高，输出电阻很低，多用于输入级， 输出级或缓冲级。 功率放大电路和电压放大电路的要求和所要完成的任务是不同的。实现功 率放大电路需要考虑到输出功率尽可能的大，非线性失真要小。所以在电路中 加入旁路电容和滤波电容，改善音质，是耳机发出的声音更加清晰响亮。所有 耳聋助听器不外由传声器（话筒） 、放大器和受话器（耳机）三个主要部分组成。 传声器为声电换能器，将外界声信号转变为电信号，输入放大器后使声压放大 3 到 1 万乃至几万倍,再经受话器输出这个放大后的声信号。耳聋助听器还应包括 电池能源以推动机器工作。由于不同性质、不同程度的听觉损伤机能差异也不 同，因此装置音量调节、音调调节、最大声输出调节、电话拾音等设备,以及 O- M-T（关断话筒电话）三档开关都是不可缺少的。耳聋患者绝大多数是感 音神经聋，其中相当多的人具有重振阳性现象。他们对小声听取感到困难，但 稍响的声音又难以忍受，响度感觉的动态范围明显缩小。由于电子学上采用 AGC 或 PC 线路实现压缩和限幅功能，以使这类聋人较满意地应用耳聋助听器 克服听觉障碍。 耳聋助听器的性能及指标 一个合格的耳聋助听器至少应考虑下述六项性能指标： 1、频率范围。低档耳聋助听器的频率范围至少在 3003000Hz，普通耳 聋助听器高频应达到 4000Hz，高级耳聋助听器的频率范围可在 808000Hz 之 间。 2、最大声输出或饱和声压级(SSPL)。实际上代表了耳聋助听器的最大功率 输出。使用耳聋助听器时的最大声输出应低于患耳的不舒适阈，尤其对重振阳 性的患耳，必须控制最大声输出以保护患耳。 3、最大声增益。主要表示耳聋助听器的放大能力，各国生产的耳聋助听器 增益多在 3080dB 之间。一般说，耳聋程度轻的要选择增益小的，程度重的 应分别选用增益中等的或大的耳聋助听器。在具体使用中耳聋助听器上都备有 使声增益在一定范围内变动的音量调节开关。选配适合的耳聋助听器可依一些 公式预先计算，最简易的方法是按照纯音听力图，对 500、1000、2000Hz 三个 音频的增益补偿调节，以其阈值的一半或稍多为宜，多能获得满意效果。 4 4、频率响应和音调调节。为满足聋人听力要求，耳聋助听器应提供各种不 同的频率响应，频率不同反应在听觉上就是音调不同。为了使耳聋助听器的频 响比较符合聋人的听力损失特点，音调调节钮上设置一些不同音调，通常 L 代 表低音，N 为正常，H 为高音。 5、信号噪声比 (S/N)。耳聋助听器耳机放大后的输出往往是语言信号和恼 人的噪声同时存在，信号噪声比值越大，语言信息输出的质量也越好。优质耳 聋助听器的信噪比可达 40dB 左右，至少应保证 30dB 以上。 6、谐波失真。为了能高地传输放大后的声信号，耳聋助听器的失真度应越 小越好,按规定失真应小于 10,而小于 5的基本上可以保持语言的逼真性。 2.22.2 总体设计方案总体设计方案 图 2 具体结构图 VT1 与外围电路组成了共射极放大电路，担任前置音频放大。VT2，VT3 组 成了两级直接耦合式功率放大电路。其中 VT3 接成发射级输出形式，它的输出 阻抗较低，以便以 8 欧姆低阻耳塞式耳机相匹配。XS 选用 CKX2-3.5 型（3.5 5 mm）两芯插孔，R1 至 R5 均用 RTX-1/8 型碳膜型 1K 电阻，C1 至 C3 选用 CD11- 10V 型电解电容，C4 选用 CT1 型瓷介电容。G 用两节 5 号电池串联而成，电压 为 3 伏。 2.3 单元电路设计单元电路设计 2.3.12.3.1 共射极放大电路共射极放大电路 图 3 共射电极放大电路结构 由话筒接收到声波信号后，输出相应的微弱的电信号，该信号经过电容 C1 耦合 VT1 的基极，进行放大，放大后的信号由 VT1 的集电极输出。 2.3.22.3.2 功率放大电路功率放大电路 图 4 功率放大电路结构 6 由 VT1 集电极输出的语音放大信号，经过 C2 耦合到 VT2 进行第二级放大， 最后由 VT3 发射极输出。最后的语音信号由耳塞机放出声音。其中 C3 为为滤波 电容，主要用来减小电池的交流内阻（实际上是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震荡，并且使耳塞机发出的声音更加 清晰响亮。C4 为旁路电容，其作用是旁路掉输出信号中形成噪声的各种谐波成 分，以改善耳机音质。 2.42.4 工作原理及过程工作原理及过程 耳聋助听器的电路如图所示，它实质上是一个由晶体三极管 VT1VT3 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 8 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。 7 第三章第三章 电子助听器的仿真电子助听器的仿真 8 仿真图 仿真运行结果 9 结束语结束语 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。 参考文献参考文献 1 孙余凯，项绮明等主编.精选实用电子电路.260 例北京：电子工业出版社， 2007.2 2 苏文平编著.新型电子电路应用实例精选.北京：北京航天航空大学出版社， 2002.2 3 黄智伟主编.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京：北京航天航空大学出版 社，2006.12 4 肖景和主编.集成运算放大器应用精髓.北京：人民邮电出版社,2006.2 10 附录附录 表 5 电路所需元件清单及其规格 名称规格数量 电阻RTX-1/8 型碳膜型 1K 电阻 2 电阻RTX-1/8 型碳膜型 10K 电阻 1 电容RTX-1/8 型碳