Схемы слуховых аппаратов на транзисторах. Самодельный слуховой аппарат

ВR Каплун, г. Северодонецк

Один из читателей в своем письме обратил внимание на то, что существует определенная проблема для людей с пониженным слухом, связанная с приобретением слухового аппарата ввиду его довольно высокой стоимости. После анализа ряда схем слуховых аппаратов, приведенных в литературе, были определены основные требования к усилителю для слухового аппарата:

1) усиление сигнала от микрофона до уровня не менее 0,5-1 В на нагрузке сопротивлением 80-100 Ом;

2) наличие АРУ (желательно);

3) минимальные объем, масса, стоимость;

4) работа от гальванического элемента с напряжением не более 3 В (желательно) при минимальном потребляемом токе.

Отличительной особенностью схемы, показанной на рис.1, является построение выходного каскада усилителя. По сути, это двухтактная мостовая схема, которая позволяет получить максимальную выходную мощность при минимальном потребляемом токе.

В схеме использованы резисторы: R1 – 4,7к; R2 – 270к; R3 – 10к; R4 – 620к; R5 – 3,3к; R6 – 22к; R7 – 68к; R8 – 6,8к; R9, R10 -330; R11, R16 – 30; R12, R13 – 22к; R14 – 5,1к; R15 – 110; R17 – 110; конденсаторы С1, С3 – С7 – 20,0 мк 6,3 В; С2 – 0,47 мк 16 В; дио

ды VD1-VD3 – КД522; транзисторы VT1 – КТ3102Е; VT2 -КТ3107Ж; VT3, VT5, VT6, VT8 – КТ361; VT4, VT7, VT9 – КТ315.

На транзисторах VT1, VT2, VT4 выполнен предварительный усилитель, охваченный АРУ (транзистор VT3). Каскад на транзисторе VT5 представляет собой фазоинвертор, обеспечивающий противофазные сигналы, необходимые для работы мостового выходного каскада на транзисторах VT6-VT9. Отрицательная обратная связь через резистор R14 обеспечивает необходимую стабильность режима предварительного усилителя по постоянному току. Местные обратные связи в выходном каскаде через резисторы R12, R13 стабилизируют режим по постоянному току и улучшают качество усиления слабых сигналов.

Налаживают усилитель путем подбора резистора R14 с целью получения одновременного и симметричного ограничения выходного сигнала на коллекторе и эмиттере транзистора VT5.

Вариант печатной платы “на просвет” показан на рис.2. Резисторы можно применить мощностью 0,125-0,25 Вт. Электролитические конденсаторы – малогабаритные импортные на напряжение 6,3 В. В качестве микрофона используется малогабаритный импортный электронный микрофон; наушник ВА1 – от промышленного слухового аппарата.

Данный усилитель испытан в лаборатории “Радоаматор” и показал неплохую работу. Схема устойчиво работает при напряжении питания 2,4 В (два аккумулятора Д-0,25). В качестве нагрузки применялись последовательно включенные наушники китайского производства сопротивлением 32-42 Ом. При этом ток потребления составлял 16-19 мА. В схему автора дополнительно включены конденсатор С8 и резисторы R11, R16. Сопротивление резистора R14 можно менять в широких пределах. В наушниках прослушивается небольшой шум, убрать который полностью не удалось. Шум несколько снижается при замене типа транзистора VT1 на КТ315. По мнению человека с пониженным слухом, “устройство работает хорошо, но если бы уменьшить шум, было бы еще лучше”.

В. Муравин

Людям с ослабленным слухом слуховой аппарат (СА) помогает общаться с окружающим миром, принимать активное участие в трудовой и общественной деятельности. Для одних он является единственным способом воспроизведения человеческой речи, для других - средством повышения разборчивости речи и даже дает возможность улучшить качество прослушивания музыки.

В нашей стране промышленностью выпускаются несколько типов слуховых аппаратов с различными техническими характеристиками и в разных конструктивных исполнениях.

В настоящее время ведутся работы по переводу слуховых аппаратов на новую элементную базу, по улучшению их технических характеристик и эксплуатационных удобств. Так, разработана специализированная микросхема для СА К538УН2. Усилитель этой микросхемы имеет малые шумы, потребляемую мощность и рассчитан на подключение телефона с сопротивлением 1 кОм.

Однако у выпускаемых промышленностью СА можно отметить следующие недостатки:

недостаточное акустическое усиление. Потери слуха у людей с поражением звуковоспроизводящего аппарата могут достигать 80...90 дБ на частоте 4 кГц, которая считается минимально допустимой верхней частотой полосы пропускания с точки зрения обеспечения удовлетворительной (92%) разборчивости речи ;

плоская частотная характеристика аппарата, которая согласно ГОСТ 10893-69 должна иметь в полосе частот 400...3000 Гц неравномерность не более 30 дБ (люди с различными видами потери слуха имеют различные аудиограммы);

низкая экономичность СА. Токи потребления имеют силу около 5...12 мА, что при использовании источников питания емкостью 0,05...0,15 мА/ч обеспечивает работу аппарата в течение 10... 12 ч. Выходные каскады работают, как правило, в линейном режиме, а это ведет к тому, что ток потребления в режиме молчания такой же, как и при максимальной громкости;

отсутствие ограничителей максимального уровня. Только одна модель СА имеет АРУ, к тому же малоэффективную. Не применяются в промышленных слуховых аппаратах ограничители пиковых значений сигнала и компрессоры;

отсутствие заметных (хорошо видимых) индикаторов включения, что особенно важно при относительно больших токах потребления. Как правило, СА имеет метку на регуляторе громкости, совмещенном с выключателем питания.

Среди параметров СА наибольшее влияние на качество воспроизведения звуков и разборчивость речи, а следовательно, и на реальный эффект при протезировании слуха оказывают амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) слухового аппарата и уровень шумов.

Остановимся на этом подробнее. Как уже отмечалось, выпускаемые промышленностью СА имеют плохую АЧХ, а потери слуха могут характеризоваться различными аудиограммами. Если при поражении звуковоспроизводящего аппарата аудиограмма плоская и имеет неравномерность около 20 дБ, то при поражении звуковоспринимающего аппарата и комбинированном поражении аудиограмма имеет спад в области частот 500...4000 Гц с наклоном, достигающим 30 дБ/окт. .

Кроме того, необходимо учитывать, что микрофоны и телефоны, применяющиеся в СА, также имеют спад на частотной характеристике с наклоном, достигающим в области частот 2000...4000 Гц 30 дБ/окт. Некоторые СА снабжены регуляторами частотной характеристики, однако они представляют собой простейшие цепи и не обеспечивают требуемой коррекции.

Второй немаловажный фактор, влияющий на качество работы СА- уровень шумов. Известно, что для разборчивого восприятия речи необходимо, чтобы соблюдалось соотношение сигнал/шум больше 20 дБ. Если принять минимальный уровень интенсивности звуков 40 дБ, тогда напряжение шумов, приведенных ко входу, должно быть не более 3 мкВ.

Внутренние шумы СА могут быть снижены применением во входных каскадах малошумящих транзисторов.

Труднее выделить полезный сигнал на фоне окружающих шумов. Если здоровое ухо воспринимает окружающие шумы избирательно по направлению, т. е. выбирает из них полезную информацию, приходящую с определенного направления, то СА усиливает звуки, приходящие со всех сторон; в результате на входе слухового прохода соотношение сигнал/шум бывает недостаточным.

При совершенствовании СА и создании новых моделей необходимо учитывать все перечисленные факторы, влияющие на качество воспроизведения звуков и разборчивость речи.

Рассмотрим структурную схему слухового аппарата.

Слуховой аппарат представляет собой, как правило, устройство, состоящее из микрофона, входного усилителя, устройства коррекции, оконечного усилителя, телефона (рис. 1).

Рис. 1 Структурная схема слухового аппарата

Устройство коррекции может быть совмещено с одним из усилителей, однако при этом оно не будет функционально и конструктивно законченным и полностью обеспечивать довольно высокие требования по коррекции частотной характеристики СА.

Кроме того, в состав СА могут дополнительно включаться ограничитель максимального уровня выходного сигнала, индикатор включения СА, индикатор разрядки батарей и т. п.

Технические требования, предъявляемые как ко всему СА, так и к составляющим его устройствам, определяются характеристиками слуха пациента.

Наиболее детальное и точное измерение характеристик слуха обеспечивает аудиометрический метод измерения, при котором на исследуемое ухо через электродинамические телефоны подаются тональные сигналы различной частоты и громкости. Электродинамические телефоны пригодны в данном случае, так как имеют наименьшее акустическое сопротивление и обеспечивают поэтому меньшую зависимость звукового давления от индивидуальных различий размеров внешнего уха. Кроме того, это удовлетворяет требованию единства измерений, когда результаты могут быть сравнимы и не зависят от места, времени и условий проведения.

Можно пойти по другому пути: снимать аудиограмму с тем телефоном, который будет эксплуатироваться со слуховым аппаратом. Тогда в аудиограмме будут учтены как частотные характеристики данного телефона, так и индивидуальные особенности слухового прохода, что позволит создать более эффективную схему коррекции АЧХ слухового аппарата. Второй путь приемлем при создании СА для конкретного пациента. В том случае, если СА создаются по модульному принципу, может быть разработан ряд модулей устройств коррекции, один из которых после снятия аудиограммы встраивается в аппарат.

Входной усилитель СА должен иметь коэффициент усиления, достаточный для раскачки оконечного каскада. Немаловажным требованием являются и низкие шумы, так как источником сигнала для входного усилителя является микрофон, имеющий относительно малую чувствительность (около 4 мВ/Па). Особенностью работы входных усилителей СА являются малые рабочие токи и напряжения.

Обычно входные усилители СА строятся по двух- или трехкаскадной схеме, в которой транзисторы включаются по схеме с общим эмиттером. Стабилизация режима по постоянному току осуществляется с помощью местных отрицательных обратных связей.

Большей стабильностью, чем в промышленных СА, обладает усилитель, схема которого приведена на рис. 2 .

Рис. 2. Принципиальная схема входного усилителя 1

Этот усилитель построен по схеме с непосредственными связями между каскадами и охвачен общей отрицательной обратной связью (ООС) по постоянному току. Режим по постоянному току устанавливается с помощью резисторов R3 и R6. В первом каскаде усилителя применен малошумящий транзистор П28. Кроме того, режим работы этого транзистора (Iк=0,4 мА, Uкэ=1,2 В) также обеспечивает минимальные шумы. Полоса частот усилителя по уровню -3 дБ 300...7000 Гц, коэффициент усиления Ку равен 1700.

В малошумящих входных каскадах хорошо работают германиевые транзисторы П28, МП39Б, ГТ310Б, ГТ322А, кремниевые КТ104Б, КТ203Б, КТ326Б, но особенно хорошие результаты дают малошумящие транзисторы серий КТ342, КТ3102 и КТ3107. Они способны работать при токах коллектора, исчисляемых десятками микроампер, и напряжении коллектор - эмиттер менее 1 В, не теряя высоких усилительных свойств.

Схема входного усилителя на транзисторах КТ3102Е приведена на рис. 3 и по построению аналогична предыдущей схеме.

Рис. 3. Принципиальная схема входного усилителя 2

Транзистор первого каскада работает в микротоковом режиме (Iк = 0,04 мА, Uкэ=1 В). Коэффициент усиления такого усилителя равен 3000.

Большее усиление можно получить, если между первым и вторым каскадами поставить эмиттерный повторитель так, как показано на рис. 4.

Рис. 4. Принципиальная схема входного усилителя 3

Здесь кроме местных отрицательных обратных связей в каждом каскаде и общей ООС по постоянному току введена еще и ООС по переменному току (Rос), с помощью которой можно регулировать коэффициент усиления усилителя. Коэффициент усиления усилителя без обратной связи (Rос отключен) равен 11 000, с обратной связью - 1700; напряжение шумов, приведенное ко входу при его закорачивании, не более 2 мкВ.

Ранее уже говорилось, что основные искажения сквозной АЧХ СА определяются микрофоном и телефоном. В слуховых аппаратах наиболее распространен микрофон M1. Его частотная характеристика приведена на рис. 5 .

Рис. 5. Амплитудно-частотная характеристика микрофона

Эта характеристика усредненная и снята в условиях свободного звукового поля. Такие измерения представляют трудную техническую задачу. В реальных условиях на вид частотной характеристики микрофона большое влияние оказывают объем помещения, окружающие предметы и т. п. Поэтому в дальнейшем в расчет будем брать усредненную характеристику микрофона.

Анализ усредненных характеристик микрофона, телефона и потерь слуха при различных видах повреждений позволяет разделить частотный диапазон на три участка: до 1000 Гц, от 1000 до 2000 Гц и выше 2000 Гц.

На участке до 1000 Гц результирующая АЧХ, представляющая сумму АЧХ микрофона, телефона и потерь слуха, имеет небольшой подъем, обусловленный подъемами АЧХ микрофона и телефона.

На участке от 1000 до 2000 Гц результирующая АЧХ может быть постоянной, иметь подъем или спад, что связано с формой характеристики потерь слуха на этом участке. Здесь же могут быть небольшие максимумы и минимумы.

На частотах выше 2000 Гц спад результирующей АЧХ обусловлен спадом АЧХ телефона и характеристики потерь слуха.

Отсюда следует, что при разработке устройств коррекции необходимо сформировать АЧХ этих устройств, обратную результирующей АЧХ тракта «микрофон-телефон-ухо».

Такая характеристика коррекции может быть получена параллельным включением фильтров низких частот (ФНЧ), фильтров высоких частот (ФВЧ) или заградительных фильтров в различных комбинациях. Количество звеньев фильтра зависит от требуемого наклона АЧХ.

Устройства коррекции могут быть построены на основе активных фильтров, описанных в , в которых в качестве неинвертирующих усилителей лучше использовать не операционные усилители, а более экономичные эмиттерные повторители.

Рис. 6. Принципиальные схемы фильтров II порядка: а -нижних частот; б -верхних частот

Схемы активных ФВЧ и ФНЧ II порядка приведены на рис. 6, а ФВЧ и ФНЧ III порядка - на рис. 7. Они имеют частотные характеристики с наклоном 12 и 18 дБ/окт. соответственно.

Рис. 7. Принципиальные схемы фильтрои III порядка: а - нижних частот; б - верхних частот

Если характеристика коррекции должна иметь больший наклон, необходимо включить несколько фильтров последовательно.

Схема заградительного фильтра приведена на рис. 8, а, а его частотная характеристика - на рис. 8, б.

Рис. 8. Заградительный фильтр:
а - принципиальная схема; б - частотная характеристика

Полоса заграждения фильтра зависит от его коэффициента усиления.

Средняя частота полосы заграждения определяется по формуле

fо=0,28/RC ,
где R=R1=R2, С=С1=С2.

Оконечные усилители должны иметь, как правило, плоскую АЧХ, обеспечивать требуемый максимальный уровень сигнала на нагрузке и быть экономичными.

В промышленных СА оконечный каскад построен, как правило, по одотактной схеме и работает в линейном режиме, поэтому выходной уровень и КПД таких усилителей, а следовательно, и СА невелики.

Повысить КПД СА можно, если оконечный усилитель построить по схеме с плавающей рабочей точкой, как показано на рис. 9, а, б ).

Рис. 9. Принципиальные схемы оконечных усилителей с плавающей рабочей точкой

Устройство по схеме на рис. 9,б отличается более эффективным смещением рабочей точки каскада при подаче сигнала на вход и соответственно меньшими нелинейными искажениями. Резистором R1 устанавливается начальный ток (без сигнала), равный 2...3 мА, а резистором R2 - минимальные искажения сигнала на нагрузке. При этом максимальный коллекторный ток транзистора VT1 достигает 20 мА. Оконечный усилитель, построенный по схеме рис. 9, обеспечивает на нагрузке 60 Ом максимальный сигнал 500 мВ при напряжении питания 3 В и 1,5 мВ при напряжении 9 В, что соответствует максимальным выходным уровням 120 и 130 дБ (при чувствительности телефона, принятой 0,04 Па/мВ). Недостатки таких схем - низкий (не более 10...15 %) КПД и большие нелинейные искажения. Больший КПД (до 50 %) обеспечивают оконечные усилители, построенные по двухтактной схеме, как показано на рис. 10, а, б. В этих усилителях начальный ток, равный 1,2 мА для схемы рис. 10, а и 2 мА для схемы рис. 10, б, устанавливается резисторами R4 и R2 соответственно. Резисторами R2 и R4 для схем по рис. 10, а и 10, б соответственно устанавливается напряжение в точке А, равное половине напряжения питания.

Рис 10. Принципиальные схемы двухтактных оконечных усилителей

Оконечные усилители, построенные по схемам рис. 10, обеспечивают максимальные выходные уровни 122 и 133 дБ для рис. 10, а и 10, б соответственно, КПД около 50 %.

Почти такими же характеристиками, как и усилитель, построенный по схеме рис. 10, б, но при меньшем количестве деталей, обладает усилитель на операционном усилителе К140УД5А (рис. 11). Здесь резистором R1 устанавливается напряжение в точке А, равное половине напряжения питания, а резистором R4 - коэффициент усиления каскада. Начальный ток составляет примерно 2,8 мА. Усилитель, построенный по схеме рис. 11, обеспечивает максимальный выходной уровень 131 дБ. КПД этого усилителя несколько ниже, чем у предыдущих,- 37%.

При исследовании не ставилась цель - подобрать в каждой паре транзисторы по параметру h21э. При подборе транзисторов в каждую пару рассматривались их справочные данные: структура (p-n-p, n-р-n), материал (германий, кремний), обратный ток коллектора, коэффициент усиления, напряжения насыщения. Транзисторы устанавливались в усилитель, выполненный по схеме рис. 11.

Рис. 11. Принципиальная схема оконечного усилителя с микросхемой

В каждой паре были исследованы по 3 транзистора каждого типа (чтобы исключить случайный подбор). Измерялось максимальное выходное напряжение на нагрузке - резисторе сопротивлением 60 Ом. Результаты измерений приведены в табл. 1.

Из таблицы видно, что лучшие результаты получаются с германиевыми транзисторами. Использование высокочастотных транзисторов ГТ329Б и ГТ310Б не оправдано, к тому же значения предельно допустимых параметров этих транзисторов близки к рабочему режиму в этом усилителе.

Еще большим КПД (до 75%) обладают оконечные усилители, выполненные по мостовой схеме. Хотя они имеют почти в 2 раза больше деталей, но позволяют получить вдвое большую мощность при том же напряжении источника питания, что особенно важно для переносных устройств.

В простейшем случае оконечный усилитель, собранный по мостовой схеме, представляет собой два одинаковых оконечных каскада (А2, A3), входы которых подключены к каскаду с парафазными выходами (А1), а выходы - к нагрузке (рис. 12).

Рис. 12. Структурная схема мостового оконечного усилителя

При использовании в оконечных каскадах интегральных операционных усилителей (ОУ) можно исключить каскад с парафазными выходами, включив один ОУ по схеме с инвертирующим входом, другой - по схеме с неинвертирующим входом. Схема такого усилителя приведена на рис. 13.

Рис. 13. Принципиальная схема мостового оконечного усилителя

Оконечные усилители могут быть выполнены также по схемам, приведенным в . Все они собраны по мостовой схеме и отличаются друг от друга способами включения выходных транзисторов и их раскачки. КПД этих усилителей от 40 до 75 %.

В табл. 2 приведены сравнительные характеристики оконечных усилителей, выполненных по схемам рис. 9, 10, 11, 13.

Таблица 2

В промышленных СА индикация включенного состояния осуществляется с помощью риски на регуляторе громкости, совмещенном с выключателем питания.

Однако такой индикатор малозаметен, а холостое включение приводит к быстрой разрядке источников питания.

Хорошую индикацию включения СА обеспечивают светодиоды. Практика показала, что светодиод АЛ102А хорошо светится уже при токе 2,5...3 мА, а светодиод АЛ310А - даже при токе 1,5 мА.

Для индикации включения СА можно применить импульсный индикатор, схема которого приведена на рис. 14. Основу его составляет несимметричный мультивибратор на транзисторах VT1, VT2. Нагрузкой мультивибратора является светодиод VD3 АЛ310А. Длительность его свечения определяется параметрами цепи R2C1, а частота вспышек - параметрами цепи R3C2. Резистор R4 ограничивает импульсный ток через светодиод. На приведенной схеме частота вспышек светодиода составляет примерно 0,5 Гц, а соотношение выключенного и включенного состояния светодиода - около 7.

Рис. 14. Принципиальная схема импульсного индикатора

Рассмотрим несколько возможных конструкций СА.

Схема наиболее простого СА представлена на рис. 15 . В состав этого аппарата входит двухкаскадный входной усилитель и однокаскадный оконечный усилитель с плавающей рабочей точкой. Индикатором включения является светодиод АЛ102А.

Рис. 15. Принципиальная схема слухового аппарата 1

В аппарате использованы микрофон Ml и телефон ТМ2А от промышленных слуховых аппаратов. Регулятор громкости с выключателем - резистор СП3-3. Питание аппарата осуществляется от батареи «Крона».

Технические характеристики СА: акустическое усиление 58 дБ, максимальный выходной уровень 128 дБ. Начальный ток потребления (без сигнала) не более 4 мА. АЧХ усилителя плоская в диапазоне 300...7000 Гц. СА размещается в пластмассовом корпусе размером 85X59X24 мм.

Слуховой аппарат, схема которого изображена на рис. 16, достаточно экономичен: при питании от двух батарей напряжением 1,5 В он потребляет (при отсутствии сигнала) ток 1,7 мА. При этом параметры СА не хуже, чем у предыдущей конструкции. Так, акустическое усиление составляет 64 дБ, а максимальный выходной уровень 120 дБ. Этот СА также имеет плоскую АЧХ в диапазоне 300...6000 Гц и размещается в пластмассовом корпусе размером 85x59x18 мм.

Рис. 16. Принципиальная схема слухового аппарата 2

При разработке следующей конструкции была снята характеристика потерь слуха с телефоном ТМ-2А. Аудиограмма плохослышащего сравнивалась с аудиограммой здорового человека. Разницей этих двух аудиограмм является характеристика потерь слуха, которая представлена на рис. 17.

Рис. 17. Характеристика потерь слуха

Снятие аудиограммы проводилось следующим образом. Вначале устанавливалась частота и минимальный уровень сигнала с выхода генератора. Затем телефон, на который рассчитан разрабатываемый аппарат, размещали в слуховой проход. Уровень сигнала постепенно увеличивали до тех пор, пока он не стал слышимым. Производилось измерение сигнала с выхода генератора. Затем нормально слышимый сигнал постепенно уменьшали. Когда звук в телефоне пропал, измеряли милливольтметром сигнал с выхода генератора. Среднеарифметическое значение первого и второго измерений сигнала генератора и будет пороговым уровнем. Необходимо провести измерение пороговых уровней в диапазоне частот 200...7000 Гц. Для повышения точности измерений и исключения случайных ошибок снятие аудиограммы можно повторить 3...5 раз.

Из характеристики потерь видно, что на участке до 1000 Гц наблюдается подъем с наклоном примерно 12 дБ/окт., а после 1000 Гц - резкий спад: до 2500 Гц с наклоном 26 дБ/окт., затем еще больше. Наложив на характеристику потерь слуха усредненную АЧХ микрофона , мы можем получить характеристику устройства коррекции. Она выглядит так, как показано на рис. 18.

Рис. 18. Характеристика устройства коррекции

Такая характеристика может быть получена с помощью заградительного фильтра, схема и экспериментальная частотная характеристика которого представлена на рис. 19.

Рис. 19. Принципиальная схема и амплитудно-частотная характеристика заградительного фильтра

Схема слухового аппарата с коррекцией представлена на рис. 20.

Рис. 20. Принципиальная схема слухового аппарата 3

Этот аппарат содержит двухкаскадный входной усилитель, устройство коррекции, представляющее собой заградительный фильтр, двухкаскадный оконечный усилитель, собранный по двухтактной бестрансформаторной схеме, и импульсный индикатор включения СА. Акустическое усиление аппарата 87 дБ, максимальный выходной уровень 124 дБ. Начальный ток потребления (без сигнала) не более 1,8 мА. Частота вспышек светодиодного индикатора подобрана примерно 0,5 Гц, а соотношение выключенного и включенного состояний светодиода - около 7, поэтому его потребление от источника питания мало.

Питается слуховой аппарат от двух батарей напряжением 1,5 В. Размещен он в пластмассовом корпусе размером 59x85x16 мм. По субъективной оценке этот СА обеспечивают хорошую разборчивость речи и позволяет улучшить качество прослушивания музыки. Особенно большой выигрыш получен на участке 1...3 кГц, тогда как при использовании обычных слуховых аппаратов звуки с такими частотами практически не прослушиваются.

Литература
1. Эфрусси М. М. Слуховые аппараты и аудиометры.- М.: Энергия, 1975.
2. М у р а в и и В. Д. Слуховые аппараты.- В помощь радиолюбителю. Вып. 58, 1977.
3. Алексеев Г. В. Некоторые методы подключения мостовых усилителей мощности к предусилителю.- Полупроводниковая электроника в технике связи. Вып. 21, 1981.
4. Маклюков М. RС-фильтры с плоскими частотными характеристиками.- Радио, 1968, № 7.
5. Кареев В., Терехов С. Операционные усилители в активных RС-фильтрах.-Радио, 1977, № 8.
[email protected]

Сегодня мы будем делать слуховой аппарат. Видео будет состоять из двух частей. В этой я опишу электрическую часть, а в будет изготовление корпуса и монтаж электроники в него.

Небольшая предыстория

Моему деду идет девятый десяток лет. Со временем он стал плохо слышать. Пару лет он использовал миниатюрный заушный слуховой аппарат фирмы Сименс. Пока благополучно его не потерял. Казалось бы: купили новый и забыли о проблеме, но я решил заморочиться и сделать самодельный. Есть несколько причин этому решению. Во-первых, ценовой вопрос. С ростом курса доллара слуховые аппараты значительно выросли в цене. Во-вторых, упомянутый экземпляр имел крайне малое время работы от батареек-таблеток. Их приходилось менять один-два раза в неделю. В-третьих, ношение головного убора вызывало посторонние шумы, которые мешали услышать разговор. В четвертых, моноблочное исполнение и близкое расположение динамика и микрофона вызывало постоянные писки на максимальной громкости, а на среднем уровне звука ничего не было слышно. Посему я решил убить всех зайцев и сделать аппарат на аккумуляторах формата ААА, состоящий из нескольких блоков.
Наушник и микрофон будут располагаться по принципу проводной гарнитуры. А корпус, в котором будут находиться аккумуляторы и печатная плата, будет носиться в кармане брюк или на ремне. Он должен будет выполнять ф-цию экрана и защищать внутренние элементы от повреждения при случайных падениях или наступлений на него.

Схема слухового аппарата

Схемотехническое решение я подсмотрел на сайте радиоскот http://radioskot.ru/publ/unch/karmannyj_slukhovoj_apparat/6-1-0-627 Схема довольна заморочистая. Я старался ее упростить.

Основной усилитель представляет из себя мотороловскую микросхему MC34119. Давайте заглянем в даташит . Микруха состоит из 45 транзисторов, может работать от 2В, например от 2-х NiMH аккумуляторов, которые при полной разрядке будут иметь напряжение 1В на каждом, т. е. в сумме нужных нам 2В. При этом микросхема потребляет крайне мало. Заявлено 2.7 мА. А выдавать может до 250 мВт мощности на 32-омный наушник. Вполне неплохие показатели.

Самый простой вариант включения имеет минимальную обвеску. Но я, как и автор упомянутой схемы, в ходе экспериментов на макетной плате понял что лучше всего использовать вариант с подавлением высокочастотных звуков.

Опытным путем подобрал по качеству звучания электретный микрофон от старого телефона Philips, он оказался заметно лучше других микрофонов.

Мой вариант

У меня получилось . (файл проекта KiCAD) Пару слов о предусилителе. Т.к. указанных на схеме деталей предусилителя у меня не оказалось, я решил экспериментировать из того что у меня есть. А в запасе у меня были банальные КТ315Б. В ходе экспериментов получилось так, что самый первый вариант всего на одном транзисторе оказался самым удачным, а все последующие имели плохое качество звучания и плохое усиление. Но при этом если на микруху и предусилитель подавать общее питание, то предусилитель начинал самовозбуждаться. Все мои попытки решить эту проблему приводили только к ухудшению звука. В итоге взвесив все «за» и «против», я решил что изящество технического решения имеет меньший приоритет перед звучанием, и использовал второй блок аккумуляторов для питания предусилителя. Да, у меня возросли вес и габариты, но я делаю первый экспериментальный образец и это простительно. Вот такой вот компромисс.

В схеме также присутствует еще один транзистор - BC547, который переключает микросхему усилителя в режим пониженного энергопотребления при понижение напряжения питания менее 2.0В. Этим предупреждается полный разряд основных аккумуляторов. С аккумуляторами предусилителя так не получается, и хотя можно было бы и этот момент решить, я решил что это не так критично. Т.к. замеры потребления тока покали, что предусилитель потребляет в 10 раз меньше тока, а именно 0.6 мА и 6.3 мА соответственно. Учитывая это, можно сделать предположение что заряд аккумуляторов предусилителя будет происходить 1 раз на десять зарядок основных аккумуляторов, что вполне приемлемо. Имея емкость основных аккумуляторов в 1000 мАч, имеем около 160 часов непрерывной работы. Можно сделать предположение, что этого заряда хватит на 2-3 недели работы по 8-10 часов в сутки. Что вполне неплохой показатель. В схеме присутствует также регулятор громкости который регулирует напряжение на электретном микрофоне.

Печатка

По схеме все. Перейдем к печатке. Т.к. я собирал изначально детали на макетке я решил без заморочек переставить их на плату, поэтому плата у нас THT – штыревой монтаж - гораздо удобней в экспериментальных вещах. Вполне возможно что SMD вариант будет потом. Плату развел в программе KiCAD, далее экспортировал в SVG и печатал из векторного редактора. Использовал односторонней стеклотекстолит. Рисунок переводил методом ЛЛТ. Т.е. печатал на фотобумаге на лазерном принтере, а прогрев осуществлял с помощью ламинатора. Первоначально пробовал отделить бумагу с помощью изопропилового спирта — такой вариант у меня всегда прокатывал с бумагой для термопереноса, а тут меня постигла неудача. Второй раз использовал размачивание в воде, остатки пленочки счищал с помощью зубной щетки с зубной пастой. Получилось очень неплохо. Травил в хлорном железе. Покрывал сплавом Розе в кипятке. Сверлил станочком из микроскопом. С монтажом особых проблем не было, но как всегда я лоханулся с зеркальным отображением, поэтому ноги микрухи пришлось выворачивать на изнанку.

В следующей серии

У моего отца с годами появились проблемы со слухом, и. по рецепту, в магазине "Медтехника" ему после целого года ожидания выдали "чудо техники XXI века" - слуховой аппарат. Это был обыкновенный слуховой аппарат для слабослышащих, выпускаемый нашей родной" и все еще "совковой" радиопромышленностью.
Сделан он был очень плохо: схемное решение и элементная база давно устарели, качество сборки и деталей оставляли желать лучшего, а уж параметры - просто никакие! "Чудо техники" работало плохо (почти не компенсировало потерю слуха) и недолго (очень быстро "сдохли" миниатюрные аккумуляторы). Да и самой "зарядки" хватало ненадолго.
В открытом недавно "Центре протезирования слуха" предложили аппарат нового поколения с программированием параметров слуховою канала. Вроде бы, хорошо, но цены у них - "кусачие", да и, как выяснилось позже, глубокую потерю слуха они компенсировать тоже не могут.
Вот и пришлось решать эту проблему самому. А с чего начать? От пьезокерамического микрофона (представляете, он до сих пор применяется в слуховых аппаратах!) я решил сразу отказаться, т.к. его АЧХ - полное убожество. Сейчас в продаже есть электретные микрофоны-таблетки (с встроенным усилителем на полевом транзисторе) от сотовых телефонов или современных телефонных аппаратов. У таких микрофонов и АЧХ ровная, и чувствительность высокая.
Электромагнитный телефонный капсюль, выполненный явно по образцу ТМ-4М (эдакий анахронизм, упорно не желающий становиться реликвией прошлого века), я тоже забраковал. Его АЧХ - под стать пьезокерамическому микрофону, а отдача (из-за высокого сопротивления обмотки) - низкая. С такой отдачей действительно никакой коррекции слуха не получится. Для этой цели я посчитал подходящими обыкновенные вкладные (в ухо) стереонаушники от портативных плееров.

За основу схемы я выбрал усилитель для подслушивания ("шпионская техника"). Немного упростив ее, получил вполне рабочую схему слухового аппарата (рис.1), который вместился в стандартный корпус размерами 128x66x28 мм.
Резистором R1 устанавливают чувствительность микрофона ВМ1 слухового аппарата. Конденсаторы СЗ и С4 формируют АЧХ в области высоких частот (предотвращают самовозбуждение на ультразвуке и не допускают перегрузку усилителя на высших звуковых частотах). Конденсатор С5 формирует АЧХ на низких частотах (снимает "бубнение" микрофона). Резистором R8 выставляется рабочая точка выходного каскада: напряжение на эмиттерах VT4 и VT5 должно составлять половину питающего.
На транзисторе VT6 собран индикатор состояния аккумуляторной батареи GB1. Резистором R12 выставляется напряжение зажигания светодиода VD2 на уровне 4 В, что соответствует минимально допустимому напряжению батареи. В качестве VD2 используется зеленый светодиод диаметром 2 мм повышенной светоотдачи серии "Пиранья". Аккумуляторная батарея состоит из четырех элементов емкостью 500... 1000 мА-ч. Светодиод VD3 индицирует зарядку (гаснет после ее завершения). В качестве VD3 применяется АЛ307 красного цвета. Стабилитроны VD4 и VD5 подбираются для ограничения напряжения (при подключенном блоке зарядки) на уровне 7,3. ..7.4 В. В качестве выходного разъема Х1 используется простое пластмассовое стереогнездо для установки на плату Правый и левый каналы в нем запараллелены на печатной плате, так как это улучшает отдачу наушников. Поскольку такие гнезда служат недолго, я рекомендую их nставить сразу два параллельно. Это позволит не тратить время на ремонт (замену) одного гнезда - надо лишь вставить наушник в другое гнездо.
Форма, расположение деталей на плате и чертеж печатной платы показаны на рис.2-4. Микрофон ВМ1 установлен в мягкой резиновой обойме с фиксацией внутри корпуса силиконовым клеем-герметиком.

Блок зарядки аккумуляторов изготавливается из универсального блока питания ("китайского") для электронной аппаратуры (рис.5). В нем для работы используется третий (снизу) отвод вторичной обмотки трансформатора. Напряжение холостого хода на выходе - около 9,7 В, ток зарядки при указанном номинале R1 - примерно 50 мА. Одной зарядки аккумуляторной батареи хватает на 3...5 дней работы слухового аппарата. Аппарат допускает одновременную работу и зарядку.

Звуковое давление, создаваемое этим слуховым аппаратом (соответствующих измерительных приборов у меня не было), настолько велико, что у нормально слышащего создает болевые ощущения и последующую за этим временную (несколько минут) глухоту. Мой отец, имея глубокую потерю слуха, с этим слуховым аппаратом получил практически полную компенсацию слуха с хорошей разборчивостью.
При повторении конструкции особое внимание следует уделить наушникам. Некоторые из них не способны создавать достаточно большое звуковое давление либо из-за большого омического сопротивления, либо вследствие низкого КПД (читай качества). Хороший эффект могут дать накладные наушники с оголовьем и мягкими амбушюрами для аппаратуры Hi-Fi. Однако применение таких наушников возможно только при хорошем прилегании амбушюров.
На передней стенке корпуса слуховою аппарата полезно установить защелку для крепления за клапан нагрудного кармана. Опытным радиолюбителям есть смысл поработать над уменьшением размеров слухового аппарата за счет перехода на микросхемы и миниатюрные аккумуляторы.

В.ЗАХАРЕНКО. UA4HRV, г.Самара.

Доброе время суток уважаемые коллеги. Продолжаем раздел медицинского оборудования. В предыдущей статье мы с вами поговорили о том как из подручныx материалов и с применением всего несколько деталей, сделать простой для пожилыx людей. Сегодня предлагаю вашему вниманию модернизацию такого аппарата, вернее не модернизацию, а совершенно новый вариант с применением интегральной усилительной микросxемы TDA2822М. Микросxема имеет всего восемь выводом и она является высококачественным усилителем низкой частоты, внутри имеет два канала по 0,65 ватт каждая. Диапазон питающиx напряжений тоже очень широкий - от 1,5 до 18 вольт. Такой усилитель встречается и в смд исполнении, его можно найти в плеере, радиоприемнике и так далее. Можно конечно купить просто в радиомагазине. Соберите усилитель по мостовому варианту включения, что позволит получить до 1,5 ватта чистой мощности. Ниже смотрите сxему включения слухового аппарата.

Не греется, следовательно необxодимость теплоотвода отпадает. Советую конденсаторы и резисторы использовать так-же в смд исполнении, что значительно уменьшит размеры слухового аппарата. Микрофон, как и в первой статье, применен от гарнитуры мобильного телефона (он удобен своими маленькими размерами), но если такого нет - ставьте любой электретный микрофон. Источником питания может служить литиевая таблетка или батарейки от наручныx часов.

Но поскольку тут у нас стоит не просто микрофонный усилитель как в нашей первой статье, а интегральная усилительная микросxема, следовательно существенно большее потребление тока - до 20 ма, а значит было бы целесообразно применить литий - ионный аккумулятор от блютуз гарнитуры мобильного телефона. Конденсатор по питанию можно исключить из сxемы, особенной роли он не играет. Усилитель слухового аппарата можно собрать на макетной плате вместе с аккумулятором и поместить в подxодящий корпус от гарнитуры. Корпус можно сделать и самому от пластмасовыx карточек и приклеить силиконом.

Как вы заметили на фотографии отсутствует регулятор громкости усилителя, без регулятора громкости усилитель работает на полную мощность, при желании можно конструкцию дополнить переменным резистором для регулировки звука. Если вы используйте аккумулятор, то не забудьте поставить гнездо для зарядки. Устройство можно зарядить при помощи обыкновенного зарядного устройства от мобильного телефона, или usb портом, но самый лучший вариант - зарядка универсальным зарядным устройством, поскольку там присутствует контролер и ограничитель зарядного тока, и это увеличит жизнь аккумулятора. На этом всё, удачи друзья - АКА.