电子工程系毕业论文设计1.doc

贵州航天职业技术学院
**************学院

毕业论文

论 文 题 目： 助听器设计
专 业 领 域： 09电气自动化
指 导 教 师： ******
作 者 姓 名： ****
班 学 号： *****************

二O一一年 九 月 二十五 日
摘 要
助听器 (hearing aid)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。
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。近年来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。今天——我们所用的大部分助听器都是“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
关键词:集成电路,IC,低耗电,稳定性,数字,增益     

目 录
第一章 引言 ···························5
1.1助听器介绍 ···························5
1.2助听器种类 ···························5
1.3助听器选配 ···························7
1.4助听器适用人群 ·························8
第二章 助听器的原理结构 ·····················8
2.1原理图 ·····························8
2.2结构框图 ····························9
2.3工作原理 ····························10
2.3.1COMS电路特点··························11
2.3.2负反馈电路···························11
2.4助听器的性能指标·························12
第三章 主要元器件功能作用 ····················13
3.1本次设计所用到的元器件型号及规格·················13
3.2CD4069参数资料 ························13
3.2.1CD4069 引脚图及功能 ······················13
第四章 制作 ···························16
4.1制作焊接 ·····························16
4.1.1注意事项 ····························17
第五章 总结····························17
致谢 ···································19
参考文献 ·································20
第一章 引 言
1.1助听器介绍
hearing aid　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。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。
    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。
1.2助听器的种类
盒式助听器
又叫口袋式或袖珍式。体积似香烟盒，挂在胸前小袋内或衣袋内。主机经一根导线连接耳机插入外耳道内使用，其主要缺点是导线较长，既不美观又不方便。但因体积较大，可装置多种功能调节开关，提供较好的声学性能，并易制成大功率型，以满足严重耳聋儿童的需要。以儿童和老人使用较多，占需求量的5～10%。中国生产的助听器以此型为主,因元器件较大容易制造，使用普通5号电池（或7号电池）很方便，价格也最便宜
眼镜式助听器
同时能满足屈光不正和耳聋患者的需要,旧式的是将传声器(话筒)、放大器、受话器(耳机)、电池盒及各种功能开关全部安装在眼镜腿内;而近年则将普通眼镜的一只腿末端与耳背式助听器连接在一起，便于维修和更换。对于一耳全聋另一耳正常或一耳全聋另一耳部分聋者，创所谓信号交联式助听器。其用途主要是帮助单耳全聋者接受全聋侧的声刺激，以利安全与对话，眼镜式助听器实现此功用较方便。本类型助听器除用于气传导方式外，也最适于制成骨导助听器。缺点是眼镜与助听器相互牵制，售价最贵。 [外形似眼镜，对使用耳背式助听器感到不美观的人有一定的掩饰作用。其他各方面性能均较差，是一种已经被淘汰的助听器。
耳背式助听器
形似香蕉曲度，伏于耳后，一般长约4～5cm。受话器开口与一硬质塑料管制成的导声钩连接，把它挂在耳廓上缘根部，由此钩经软塑料管和耳模耳塞放进耳甲腔及耳道口助听，有些国家此型助听器发展最快，许多厂家可提供30～50种不同规格产品，功能逐渐增多。现已能制成大功率型或适用于低频残听为主的聋哑儿童所需的特殊型耳背式助听器。由于性能优良，机壳可制成各种肤色，伏于耳后为头发所隐蔽，往往不为外人发现，很能满足聋人心理要求。在某些国家已成为最受欢迎的普及型助听器，一般使用率达到60%左右。
定制式助听器
定制式助听器是“耳内式助听器”、“耳道式助听器”及“深耳道式助听器”的统称。定制式助听器的最大特点是：根据我们每个人的耳朵的形状去定做，适合个人的耳朵。这样配戴更舒服，容易取戴；能充分利用外耳的声音收集功能；比较不引人注目；可以正常的方式来接听电话。其中“深耳道式助听器”外形最小，利用外耳收集声音的功能更接近我们真耳，更不易被人发现。其可以抑制耳鸣的效果也最佳。但定制式助听器的价位也相对较高——尤其是“深耳道式助听器”（同品牌、同型号、同功率的情况下，最小的外形其价位也就越高——针对“定制式助听器”而言！）
开放式助听器
开放式耳背机，又称为Open Fit hearing aid。与传统的耳背机不同，轻巧纤细的导声管，富有一定的弹性，佩戴起来更加舒适。功率较传统耳背机低，验配范围一般在80dB以下。适合轻度、中度损失用户。在欧美风行多年，带来助听器佩戴的新风潮。
第一款开放式助听器诞生于2003年。目前国内许多品牌均推出自己的开放式助听器，但由于款式的新颖以及工艺的难度，目前价位并不低。
标准耳道机
定制机以小巧、隐蔽的特性，一直深受广大用户的喜爱。但定制机的制作，需要验配师现场取耳样，送工厂定制机壳，往往需要2-3周时间，用户才能拿到机子。也正基于便利性的考量，许多公司纷纷基于定制机做出改良，经历结构工程师上达千次的试模，并深研人体耳道结构，制作出符合大多数人耳道使用的标准耳道机（Modular CIC 或 Standard CIC) 。
目前市场上有斯达克推出的AMP系列、新声推出的BEE以及MCIC系列。目前AMY和MCIC 已经在国内可见销售。
1.3助听器的选配
凡是有残余听力的患者除无医学上的不宜症状外都可以选配助听器。配戴助听器可以在一定程度上提高听力，帮助沟通与学习。但还受到各种因素的制约，不同的人即使听力损失程度一样，使用助听器效果也不完全一样；同样的听力损失，同样的机型，使用助听器效果也会完全不一样。这是因为：
（1）所谓“选配”即助听器需要测试耳朵听力损失程度，根据听力损失来配，不能随便购买。
（2）助听器需要验配。"验配"是指在助听器专业技术人员的指导下选择适合自己听力状况的助听器。助听器需要验配是因为每个人的听力损失千差万别，即使性质或程度相同，每个人的生活习惯和对助听器声音的感受也不一样。
（3）再者助听器本身也有千差万别。每一类、每一款等都有自己的特点。
（4）刚使用助听器所听到的声音和原有听力听到的声音存在差异，需要适应一个阶段。一般需要1～3个月的适应期。
（5）助听器放大所有声音，听力患者长期生活在“安静”中，一旦听到外界的各种声音，一时不能适应，觉得吵而厌烦。因此配戴者必须再次学会排除不需要的背景声音。最初阶段，需要有耐心，助听器的配戴时间应慢慢加长，音量一开始应调小些，待习惯后再逐渐加大。
（6）混合性耳聋、神经性耳聋的患者对声音的分辨力较差，除需使用高清晰度及带特殊电路的助听器外，还需要一个训练过程，越早配戴助听器所需的适应时间越短。
对于有残余听力的聋儿，应及早配戴助听器，尽早进行语言训练，使之聋而不哑。
1.4助听器适合人群
助听器的适用人群主要有以下几方面:
　　①据纯音听力图语言频率平均损失计算, 阈值在 0～30dB者无需使用助听器。30～45dB者属可用可不用者,据情决定选配。45(或40)～90dB都应建议配用,多数能获得满意结果。90～110dB的效果欠佳，但对婴幼儿童应建议在2～3岁前使用大功率助听器，对利用残余听力发展口语能力有重要意义。
　　②自幼为聋哑人，即便其听力为55～70dB,而年龄超过8～12岁再开始使用助听器者多数不会获得满意效果。最迟应在5、6岁前使用助听器才能取得效果。
　　③若双耳损失一致，动态范围相近，双耳助听效果最好。
　　④双耳听力损失差异大于30dB，应用一耳助听器，可为语言辨别率高和动态范围大的一侧配戴。
　　⑤一耳听力损失小于40dB，而另一耳为60～70dB左右应为后者配用。
　　⑥一耳听力损失60～70dB，而另一耳听力损失远大于此值，应为前者配用。
　　⑦若双耳听力曲线起伏不一致，应为较平坦一侧配用。
　　⑧对老年聋、噪声聋、药物中毒性聋等重振现象阳性患者，说明他们以内耳毛细胞病变损害为主，响度变化的忍耐度减低,应推荐使用带有自动增益控制（AGC）（或AVC、ARC）及PC装置的助听器。
　　⑨长期反复发作的功能性聋（癔病聋或神经官能症耳聋）使用助听器效果较好。
　　⑩双耳全聋不能配用助听器，但有些国家的学者主张全聋儿童在1、2岁前使用大功率助听器，采用全面交往法有助于发展语言交际能力。一耳全聋，另一耳正常，一般不用助听器，但近来有些国家的一些听力专家主张使用“对侧信号交联（CROS）式”助听器，即在全聋耳上配戴助听器的传声器，而受话器则使声音导入健耳，有助于收听坏耳一侧来的声信号。?双耳听力损失达到70dB以上时，应当配用双耳耳级助听器。为避免引起反馈啸叫，有些国家使用所谓双耳对侧交联（BICROS）式助听器。
1. 第二章 助听器原理结构
2.1原理图

6V

2.2结构框图

反馈

电源

输入级

放大级

输出级

进入人耳

2.3助听器的工作原理
助听器名目繁多，但所有助听器包括传声器（话筒）、放大器和受话器（耳机）这三个主要部分。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到1万乃至几万倍,再经受话器输出这个放大后的声信号。助听器还应包括电源以推动机器工作。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。另外还设有削峰（PC）或自动增益控制（AGC）装置，以适合各种不同程度耳聋病人的需要。
本次项目设计，采用CD4069数字集成电路，该集成块系典型的CMOS电路，故可使本机耗电极省。反相器Ⅲ~Ⅵ组成奇数级负反馈放大器，R3是负反馈电阻器，调节R4与R3的比值可调节放大器的电压增益，其典型增益可达100倍。反相器Ⅴ、Ⅵ并联可以提高放大器的负载能力。反相器Ⅰ、Ⅱ组成超低频振荡器，振荡频率为0.7Hz左右，改变R2或C2的数值可以该并其振荡频率。R1与花筒B组成拾音线路。
用作助听或记忆增强时，应将开关S拨向位置1，话筒拾取声波信号后即输出相应电信号经C1送至反相器Ⅲ~Ⅵ组成的放大器进行放大，放大后的信号由耳机插孔XS1、XS2送至耳机放音。
用作助听时，耳机可用单只耳塞机；用作记忆增强时，耳机最好采用头戴式双耳机，以消除周围杂声干扰。
用作催眠器时，只要将开关拨向位置2，这时由反相器Ⅰ、Ⅱ组成的超低频振荡器所产生的0.7Hz超低频信号就经开关S、电容C1加至放大器进行放大，因而能驱动耳机发出类似雨滴声的“哒”“哒”声响催人入睡。
采用2个反相门与电阻、电容各一个组成多谐振荡电路。第一个门输出端与第二个门输入端相接；在第一个门的输入输出端并接电阻，在第一个门的输入端及第二个门的输出端并接电容，使电路输出端按一定频率不断互激通断，接上蜂鸣器就能听到一定频率的蜂鸣声的。频率的高低取决于电阻、电容的数值。
CMOS反相器的输出端是由P-MOS与N-MOS构成的互补电路，从输出端到输入端用电阻构成反馈电路，输出端的直流电压为1/2Vcc,将微小交流信号通过电容+电阻的方式耦合到输入端，由于输入/输出电压的传输特性，就可以构成交流微小信号放大器。用三个反相器串联构成的放大器增益为10为db.

2.3.1COMS电路的特点
允许COMS电路的电源电压的变化范围较大，约为5~15V，所以其输出高、低电平的摆幅较大，该电路的抗干扰能力更强，噪音容限可达30%Vdd(Vdd为电源电压)
CMOS集成电路的功耗小，其内部发热量小。
COMS集成电路的温度稳定行好，抗辐射能力强，适合在特殊环境下工作。
速度快，门延迟时间达纳秒级
2.3.2负反馈电路
1. 电压负反馈
电压负反馈是指从放大器输出端取出输出信号电压的一部分（或全部）作为负反馈信号，也就说负反馈信号VF与输出电压VO成正比。
电压负反馈的特点是：
电压负反馈能够稳定放大器的输出信号电压。
由于电压负反馈元件是并联在放大器输出端与地之间的，所以能够降低放大器的输出电压。
2. 并联负反馈
并联负反馈是指负反馈网络取出的负反馈信号VF，同放大大器的输入信号Vi以并联形式加到放大器的输入回路中，这样的负反馈称为并联负反馈。
并联负反馈的特点是：
并联负反馈降低放大器的电流放大倍数，稳定放大器的电流增益。
由于并联负反馈元件是与放大器输入电阻相并联的，所以这种负反馈降低了放大器的输入电阻。
负反馈能改善放大电路的性能，且反馈越深，放大电路的性能越好。但是反馈深度过深，可能出现即使输入信号为零时，放大电路也会产生一定幅度、一定频率的信号输出，这种现象称为自激振荡，使放大电路工作不稳定。因此，选择RC滞后补偿。这种补偿是采用R、C春联网络来取代电容滞后补偿中的电容C。利用改变频率特性破坏自激条件使电路稳定工作。

 2.4助听器的性能指标
一个合格的助听器至少应考虑下述六项性能指标：
范围频率
低档助听器的频率范围至少在 300～3000Hz，普通助听器高频应达到4000Hz，高级助听器的频率范围可在80～8000Hz之间。
SSPL　
②最大声输出或饱和声压级(SSPL)。实际上代表了助听器的最大功率输出。使用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。
最大声增益　
主要表示助听器的放大能力，各国生产的助听器增益多在30～80dB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助听器。在具体使用中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。

频率响应和音量调节
为满足聋人听力要求，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。
S/N
信号噪声比 (S/N)。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。为了能高效地传输放大后的声信号，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. 第三章 主要元器件功能作用
3.1本次设计所用到的元器件型号及规格

3.2 CD4069 参数资料
它的工作就是；当你输入信号为1时；输出就为0；它是反相的；最简单的非门是一个三极管的放大电路；当输入大信号时；它的输出电压则基本为零；当你输入没有信号时它的输出是电源电压。
推荐工作条件：
电源电压范围······3V~15V
输入电压范围······0V~Vdd
工作温度范围
M类······-55℃~125℃
E类······-40℃~80℃
极限值
电源电压······-0.5V~18V
输入电压······-0.5V~Vdd+0.5V
输入电流······±10mA
储存温度······-65℃~150℃

3.2.1 CD4069 引脚图及功能
1A~6A       数据输入端
Vdd           正电源
1Y~6Y      数据输出端
Vss           地

管脚图：

3. 第四章 制作

4.1制作焊接
根据原理图，在点针板上，将元器件连接起来。
1.呈圆焊接顺序
元器件装焊顺序依次为：电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大
功率管，其它元器件为先后大。
2.芯片与底座都是有方向的，焊接时，要严格按照PCB板上的缺口所指的方
向，使芯片，底座与PCB三者的缺口都对应。
3.焊接时，要使焊点周围都有锡，将其牢牢焊住，防止虚焊。
4.在焊接圆形的极性电容器时（一般电容值都是比较大的），其电容器的引
脚是分长短的，以长脚对应“+”号所在的孔。
5.芯片在安装前最好先两边的针脚稍稍弯曲，使其有利于插入底座对应的插
口中。
6.电位器也是有方向的，其旋钮要与PCB板上凸出方向相对应。
7.取电阻时，找到所需电阻后，拿剪刀剪下所需数目电阻，并写上电阻，以
便查找。
8.装完同一种规格后再装另一种规格，尽量使电阻器的高低一致。焊完后将
露在印制电路板表面多余引脚齐根剪去。
9.焊接集成电路时，先检查所用型号，引脚位置是否符合要求。焊接时先焊边沿对脚的二只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。
10. 对引脚过长的电器元件（如电容器，电阻等），焊接完后，要将其剪短。
11. 焊接后用放大镜查看焊点，检查是否有虚焊以及短路的情况的发生。
12. 当有连线接入时，要注意不要使连线深入过长，以至于将其旋在电线的橡胶皮上，出现断路的情况。
13. 当电路连接完后，最好用清洗剂对电路的表面进行清洗，以防电路板表面附着的铁屑使电路短路。
14.当最后组转时，应将连线扎起，以防线路混乱交叉。
。
15. 焊接上锡时，锡不宜过多，当焊点焊锡锥形时，即为最好。

4.1.1注意事项
在焊接过程中，要注意防止漏焊，空焊。元器件之间位置摆放。在焊接CD4069集成块时要注意，COMS电路中多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或者接正电源。焊接时电烙铁应接地两好，或者在电烙铁断电情况下焊接。

4. 第五章 总结
5.1总结
从19世纪末的桌面大小到20世纪末的重量不足一克，助听器外型尺寸越来越小。尽管目前还未找到进一步大幅度减小助听器外型尺寸的有效方法，但作为趋势，助听器肯定会越做越小，越做越美观。微型助听器不仅是制造商的希望，更是广大助听器使用者的要求；
个性化
随着相关听力知识的普及，人们会越来越重视自己的听力，同时也会发现听力损失完全相同的听力障碍者极少，每个听障者的听力状况都有其特殊的一面。因此，为每个听障者个别定制助听器以保证使用效果必然会成为发展趋势。

智能化
要想进一步提高助听质量（比如清晰度）就必须使助听器具备记忆能力、重新编码能力等“智能”，比如抗噪声、声源定向定位、音质定位等各类类耳蜗性能。这一切，需要计算机技术与数字化技术的支持。智能化助听器已经开始受到广泛重视，但作为商品还远远没有成熟，远远不能满足广大特殊用户的需求。
致 谢
本论文的研究工作是在牛玉森教授的悉心指导下完成的，在我的整个实习过程和论文写作期间，牛教授始终给予了我悉心的指导和帮助，在论文的写作过程中牛教授一直给予我极大的关注，对论文的选题、写作和修改都提出了很多建设性的意见。牛教授高尚的品德、严谨的治学作风、渊博的知识和平易近人的待人态度对我的学习、做人都有很大的启示和帮助，他的教诲将使我终身受益。衷心感谢牛教授给我提供了许多学习的机会和条件。 同时也感谢在论文写作过程中给予过辅导和帮助的杨代民老师和伊全杰老师。
衷心感谢贵航职院的全体老师，大学三年内他们孜孜不倦的传授我扎实的专业知识，教导我对待学习和人生应有的态度。同时，还要感谢我的同寝同学，同他们的相互讨论与交流使我不断产生新的灵感，使文章内容更加丰富。这一切都使我们彼此间的情谊更加深厚，愉快地度过了大学的最后时光，这将会成为我最为难忘的回忆。感谢和我一起生活了三年的同学们，他们在生活上关怀过我，在学习上帮助过我。在这次论文的写作中他们也提出了许多中肯的建议，使我的论文最终得以顺利完成！
最后感谢答辩小组和评审组老师对我的论文的耐心指导。

参考文献

1.陈有卿    家庭趣味电子制作精选  成都  电子科技大学出版社 1999.2
2.袁光明 新颖电子器件应用手册  西南交通大学出版社  1993
3.百度百科知识网
4.百度文库
5.豆丁网
6.周良权 傅恩锡  李世馨  模拟电子技术基础  北京  高等教育出版社  2009.8
7.刘守义  钟苏  数字电子技术（第二版）  西安  西安电子科技大学出版社  2003.6
8.潘永雄  沙河  电子线路CAD实用教程  西安  西安电子科技大学出版社  2007.7

19
19