DE3241817C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlungs-Regel­ schaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche, aus der JP-OS 54-1 02 994 bekannte, Regelschaltung vermag die Röntgenstrah­ lung oder -dosis von einer Röntgenröhre durch Aus­ filtern der Welligkeitskomponenten aus der zwischen Anode und Kathode der Röntgenröhre angelegten Hoch­ spannung zu stabilisieren.

Bei der bekannten Röntgenstrahlungs-Regelschaltung zur Stabili­ sierung der an die Röntgenröhre angelegten Span­ nung wird eine zwischen eine Hochspannungsquelle und eine Röntgenröhre geschaltete Tetrode verwendet. Die Tetrode vermag Welligkeitskomponenten aufgrund ihres internen Spannungsabfalls von einer hohen Gleichspannung zu beseitigen, die durch Erhöhung der Spannung einer Dreiphasen-Stromquelle und Vollweggleich­ richtung dieser Spannung erzeugt wird, so daß eine im wesentlichen vollkommene Gleichspannung zwischen Anode und Kathode der Röntgenröhre an­ gelegt wird. Das Grundprinzip dieser Regelschal­ tung beruht auf dem inneren Röhrenwiderstand (Ano­ denwiderstand), der eine wichtige Rolle bei der Berechnung des Röhren-Verstärkungsgrads spielt, bei welcher die Röhre häufig als variabler Wider­ stand betrachtet wird.

Bei dieser Röntgenstrahlungs-Regelschaltung wird mittels einer von Hand betätigbaren Einstellein­ richtung die Röhrenspannung eingestellt. Die so eingestellte Spannung wird über einen Differenz­ verstärker einem Servomotor zugeführt, wodurch die Ausgangsseite eines Spartransformators einen eingestellten Pegel annimmt. Wenn nun durch den mit einer Drehstromquelle verbundenen Spar­ transformator einem Hochspannungsgenerator über einen Kontakt Spannung zugeführt wird, dann wird von der sekundärseitigen Wicklung eines Hochspannungstransformators im Hochspan­ nungsgenerator eine die Primärspannung ent­ sprechende Hochspannung erzeugt. Diese Hoch­ spannung wird nach Gleichrichtung mittels eines Gleichrichterkreises Tetrodenröhren von Tetrodensteuereinheiten zugeführt. Mittels Transistoren werden die ersten Gitter und Ka­ thoden der Tetrodenröhren jeweils auf gleichem Poten­ tial gehalten, was die Tetrodenröhren einschalten läßt. Die Transistoren ihrerseits werden durch ein Signal von einem Röntgenstrahlungs-Beleuch­ tungszeitgeber eingeschaltet. Beispielsweise werden ein Ansteuerimpulsgenerator und eine Röntgenstrahlungs-Beleuchtungszeit-Steuerschal­ tung betrieben, wodurch ein Signal dem Beleuch­ tungszeitgeber über eine Gatterschaltung zuge­ führt wird. Anschließend wird ein Beleuchtungs­ zeitgeber eingeschaltet, was dazu führt, daß ein Ausgangssignal den Basen der Transistoren während einer voreingestellten Zeit zugeführt wird. Dadurch werden die Transistoren während der Zeitdauer eingeschaltet, in der dieses Signal an ihre Basen anliegt. Die Potentiale der ersten Steuerelektroden der Tetrodenröhren sind in die­ sem Fall gleich zu den Kathodenpotentialen. Da nun die Tetrodenröhren eingeschaltet sind, wer­ den die Ausgangssignale der Gleichrichterschal­ tung über die Tetrodenröhren der Röntgenröhre zugeführt, so daß diese Röntgenstrahlung aus­ sendet. Bei der bekannten Regelschaltung leuch­ tet ein Lichtemissionselement mit einer dem Aus­ gangssignal einer Beleuchtungsschaltung entspre­ chenden Helligkeit auf. Das Licht wird sodann über einen Lichtleiter zu einem Lichtempfangs­ element gespeist, das seinerseits eine dem empfangenen Licht entsprechende elektromoto­ rische Kraft erzeugt. Diese elektromotorische Kraft wird an die Basisanschlüsse der Transisto­ ren der Tetrodensteuereinheiten abgegeben. Die Transistoren versorgen die zweiten Steuergitter der Tetrodenröhren mit Ausgangssignalen, die wiederum den an den Basen dieser Transistoren liegenden elektromotorischen Kräften entspre­ chen. Die Tetrodenröhren werden so auf Vorspan­ nungspegel entsprechend an den zweiten Gittern liegenden Signalen gesteuert. Die JP-OS 54-1 02 994 beschreibt so zusammenfassend eine Röntgenstrah­ lungs-Regelschaltung, bei der jeweils ein Gitter einer Tetrode mit einer Spannungssteuereinrich­ tung verbunden ist, von denen wiederum nur die erste Spannungssteuereinrichtung an eine Nieder­ spannungseinrichtung angeschlossen ist.

Für die Stabilisierung der Röntgenröhrenspeise­ spannung beträgt im allgemeinen die erforder­ liche Spannungsänderung des Anodenspannungsab­ falls der Tetrode mehr als 500 V. Um die in der Röntgenröhrenspeisespannung enthaltenen Wellig­ keitsanteile auszufiltern, liegt die erforder­ liche Spannungsänderung in der Größenordnung von nur einem Mehrfachen von 10 V; die notwendige Ansprechcharakteristik ist dabei jedoch erheb­ lich höher als im zuerst genannten Fall.

Da im allgemeinen der Frequenzgang der handels­ üblichen hochspannungsfesten Transistoren eine Verschlechterung im höheren Frequenzbereich zeigt, vermag ein solcher Transistor nicht aus­ reichend auf die höherfrequente Änderung eines Signals anzusprechen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Röntgenstrahlungs-Regelschaltung zu schaffen, welche einer mit hohe Geschwindigkeit erfolgen­ den Änderung eines Signals mit einer Spannungs­ änderung von mehr als 500 V zu folgen vermag.

Diese Aufgabe wird bei einer Röntgenstrahlungs- Regelschaltung nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung er­ geben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6.

Bei der erfindungsgemäßen Röntgenstrahlungs-Regel­ schaltung, bei der für das Halbleiterelement der zweiten Spannungssteuereinrichtung ein Hochfre­ quenz-Halbleiterelement verwendet wird, ist we­ sentlich, daß beide Gittervorspannungs-Steuer­ spannungen dem gleichen Steuergitter der Tetrode zugeführt werden und daß die Niederspannungsein­ richtung das Niederspannungs-Tetrodensteuersig­ nal an beide Halbleiterelemente anlegt, wodurch dann die erste und die zweite Gittervorspannungs- Steuerspannung seriengekoppelt sind, um so den Anodenspannungsabfall der Tetrode zu steuern und Welligkeitskomponenten mit hohen und niedrigen Frequenzen in der gleichgerichteten hohen Gleich­ spannung zu absorbieren.

Die Röntgenstrahlungs-Regelschaltung umfaßt so Tetrodensteuerschaltungen mit jeweils einem hoch­ spannungsfesten Transistor, dessen Basis mit einem Steuersignal beaufschlagt ist und dessen Ausgangs­ signal entsprechend dem Pegel des Steuersignals variiert wird, um damit die Gittervorspannung der Tetrode zu variieren und anschließend die Röntgen­ röhrenspeisespannung zu regeln.

Die Tetrodensteuerschaltungen können nicht nur auf eine hohe Gleichspannung, sondern auch auf hochfrequente Welligkeitsanteile der niedrigen Gleichspannungen an­ sprechen, weil sie den Anodenspannungsabfall der Te­ troden ausnutzen. Die an die Röntgenröhre anzulegende hohe Gleichspannung kann damit stabilisiert werden. Weiterhin können die Tetrodensteuerschaltungen jeweils einen Transistor zur Steuerung oder Einstellung der Gittervorspannung der betreffenden Tetrode aufweisen, so daß diese Schaltungen verbessertes Ansprechen und erhöhte Zuverlässigkeit gewährleisten.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher er­ läutert, in deren einziger Figur ein Schaltbild der Röntgenstrahlungs-Regelschaltung gezeigt ist.

Eine Tetrodensteuerschaltung mit einer ersten und einer zweiten Spannungssteuereinrichtung 100 bzw. 200 und einer Niederspannungseinrichtung 300 ist grundsätzlich so ausgelegt, daß sie eine Gleichspannung von etwa 500 V nach Maßgabe eines von einer Hochspannungs-Trenn­ schaltung 15 gelieferten Tetrodensteuersignals variiert und Welligkeitskomponenten aus einer an eine Röntgenröhre anzulegenden hohen Gleichspannung ent­ fernt. Dies geschieht durch Einstellung der Tetroden­ speisespannung mittels eines Spannungsregelelements, z. B. eines Transistors. Die Tetrodensteuerschaltung enthält Transistoren 28 und 52, die als Spannungsregel­ elemente für die an das Steuergitter 24 einer Tetrode 4 ange­ legte Spannung dienen.

Die Hochspannungs-Trennschaltung 15 besteht im wesent­ lichen aus einem Hochspannungs-Trenntransforma­ tor 16, welcher vorgegebene Bauteile der Tetrodensteuer­ schaltung mit dem nötigen Strom versorgt. Für die Trennschaltung kann auch z. B. ein Optokoppler verwendet werden. Ein erstes Ausgangssignal Out 1 vom Trenntransformator 16 wird einer Vollweggleichrichtung an einer Diodenbrücke 17 unterworfen. Das Ausgangssignal der letzteren wird dann durch einen Glättungskondensator 18 geglättet und anschließend an ein Schirmgitter 20 der Tetrode 4 ange­ legt. Ein Lastwiderstand 21 ist parallel zum Glättungs­ kondensator 18 geschaltet. Ein zweites Ausgangssignal Out 2 vom Trenntransformator 16 wird einer Vollweggleich­ richtung an einer Diodenbrücke 22 unterworfen. Das Aus­ gangssignal der letzteren wird dann durch einen Glät­ tungskondensator 23 geglättet und anschließend an ein Steuergitter 24 der Tetrode 4 angelegt. Zum Glättungs­ kondensator 23 ist ein Lastwiderstand 25 parallel ge­ schaltet. Ein drittes, eine Größe von 600 bis 800 V be­ sitzendes Ausgangssignal Out 3 vom Trenntransformator 16 wird einer Vollweggleichrichtung an einer Diodenbrücke 26 unterworfen. Das Ausgangssignal der letzteren wird hierauf durch einen Glättungskondensator 27 geglättet und anschließend an den Kollektor eines Transistors 28 angelegt, der als Spannungsregelelement wirkt. Für diesen bipolaren Transistor 28 wird ein hochspannungsfester Tran­ sistor verwendet, der mit einer Spannung von mehreren 100 V betrieben werden kann.

Eine Signalpegel-Meßschaltung 30 dient zur Messung des Pegels eines Tetrodensteuersignals 29 von einem nicht dargestellten Komparatorverstärker. Das Ausgangssignal der Meßschaltung 30 wird durch einen Ver­ stärker 31 verstärkt und dann der Basis des Transistors 28 aufgeprägt. Der Transistor 28 kann daher das dritte Ausgangssignal Out 3 nach Maßgabe des Pegels des Signals vom Verstärker 31 steuern. Der Ausgangs­ strom des Transistors 28 wird einerseits der Verzweigung zwischen einem Widerstand 32 und einem Transistor 52 und andererseits einem Widerstand 54 zugeführt. Eine Änderung des Ausgangsstroms des Transistors 28 kann daher eine Änderung der an das Steuergitter 24 der Tetrode 4 angelegten Spannung herbei­ führen. Der Widerstand 32 ist ein Lastwiderstand von 11,72 kΩ, der für das dritte Ausgangssignal Out 3 des Hochspan­ nungs-Trenntransformators 16 vorgesehen ist. Ein Wider­ stand 33 ist zwischen den Ausgang des Verstärkers 31 und die Basis des Transistors 28 zur Begrenzung des Eingangsstroms des Tran­ sistors 28 eingeschaltet.

Der von der Anode 34 der Tetrode 4 zur Kathode 35 flie­ ßende Anodenstrom wird daher durch das Tetrodensteuersi­ gnal 29 gesteuert, wodurch die an die Te­ trode 4 angelegte Spannung, d. h. ihr Anodenspannungsab­ fall, geändert werden kann.

Das vierte, eine Größe von 40 bis 60 V be­ sitzende Ausgangssignal Out 4 des Hochspannungs-Trenn­ transformators 16 wird einer Vollweggleichrichtung an einer Diodenbrücke 50 unterworfen. Ein Ausgangssignal der letzteren wird durch einen Glättungskondensator 51 geglättet und an den Kollektor eines Transistors 52 mit Hochfre­ quenz-Ansprechcharakteristik angelegt. Dieser bipolare Transistor 52 kann ein Hochfrequenztransistor sein, der auf ein Hochfrequenzsignal, d. h. ein solches mit sehr schneller Änderung der Wellig­ keitsanteile, anzusprechen vermag.

Ein invertierender Verstärker 53 dient zum Invertieren und Verstärken eines Ausgangssignals des Verstärkers 31. Das Ausgangssignal des invertierenden Verstärkers 53 wird als Tetrodensteuersignal an die Basis des Transi­ stors 52 angelegt. Wenn der Transistor 52 einen Ausgangs­ strom liefert, tritt ein Potentialunterschied über dem 22 kΩ aufweisenden Lastwiderstand 54 auf. Eine Änderung des Aus­ gangsstroms des Transistors 52 kann somit eine Änderung der Spannung über dem Widerstand 54 herbeiführen. Eben­ so ist ein Widerstand 55 zwischen den Ausgang des inver­ tierenden Verstärkers 53 und die Basis des Transistors 52 zur Begrenzung des Eingangsstroms für den Transistor 52 geschaltet. Der Widerstand 55 erfüllt dabei dieselbe Aufgabe wie der Widerstand 33.

Die Regelschaltung arbeitet wie folgt: Zunächst wird das Tetrodensteuersignal 29 über die Signalpegel-Meßschaltung 30, den Verstärker 31 und den strombegrenzenden Widerstand 33 an die Basis des Tran­ sistors 28 angelegt. Dabei ändert sich die am Lastwider­ stand 32 anliegende Spannung. Zum zweiten wird das Aus­ gangssignal des Verstärkers 31 durch den invertierenden Verstärker 53 invertiert und über den strombegrenzenden Widerstand 55 an die Basis des Transistors 52 angelegt. Das Ausgangssignal vom Transistor 52 wird dem Widerstand 54 zugeführt, der zwischen die Widerstände 25 und 32 ein­ geschaltet ist. Wenn somit die Spannung über dem Wider­ stand 32 hoch wird, wird die Spannung über dem Wider­ stand 54 klein und umgekehrt. Dies ist der Fall, weil das Tetrodensteuersignal 29 durch den Verstärker 31 verstärkt und der Basis des hochspannungsfesten Transi­ stors 28 aufgeprägt wird, während dasselbe Steuersignal 29 durch den invertierenden Verstärker 53 invertiert und an die Basis des Hochfrequenz-Transistors 52 angelegt wird.

Da die Widerstände 25, 54 und 32 in Reihe geschaltet sind, ändert sich weiterhin die am Steuergitter 24 der Tetrode 4 anliegende Spannung entsprechend der Änderung des Pe­ gels des Tetrodensteuersignals 29. Darüber hinaus kann durch die Änderung der Ausgangsspannung des Hochfrequenz- Transistors 52 die Regelschaltung in der Weise angesteuert werden, daß sie auf das Signal 29 schnell genug anspricht, um die Welligkeitskomponenten aus der Röntgenröhren-Speisespannung zu entfernen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Schaltkreis zur Lieferung des zweiten Ausgangssignals Out 2, welcher den mit dem Steuergitter 24 der Tetrode verbundenen Widerstand 25 enthält, dazu vorgesehen ist, eine feste Gittervorspannung an die Te­ trode 4 anzulegen, um eine ungewollte oder zufällige positive Vorspannungsoperation zu verhindern.

Die Arbeitsweise der Regelschaltung läßt sich wie folgt zusammenfassen: Die Hochspannungskomponente zur Steuerung des Anodenspannungsabfalls der Tetrode 4 wird durch den Schaltkreis zur Lieferung des dritten Ausgangs­ signals Out 3 gesteuert, welcher den hochspannungsfesten Transistor 28 enthält. Die niederfrequenten und hochfre­ quenten Spannungskomponenten zum Ausfiltern von Wellig­ keitsanteilen aus der an Anode und Kathode der Röntgen­ röhre anzulegenden Spannung werden durch den Schaltkreis zur Lieferung des vierten Ausgangssignals Out 4 gesteuert, welcher den Hochfrequenz-Transistor 52 enthält. Die Aus­ gangsspannungen dieser beiden Schaltkreise werden in Rei­ he miteinander kombiniert, um die an das Steuergitter 24 der Tetrode 4 anzulegende Spannung zu steuern. Die Regelschaltung vermag somit die an die Röntgenröhre anzulegende, keine Welligkeits­ anteile enthaltende Hochspannung zu stabilisieren. In­ folgedessen kann sowohl die Anoden- als auch die Katho­ denspeisespannung der Röntgenröhre durch die Tetroden­ schaltung stabilisiert werden, so daß die Röntgenröhre eine stabilisierte Röntgenstrahlung liefert.

Beispielsweise können anstelle der bipo­ laren Transistoren 28 und 52 unipolare Tran­ sistoren verwendet werden. Weiterhin kann der Schaltkreis zur Lieferung des zweiten Ausgangssignals Out 2 (d. h. einer Vorspannung) weggelassen werden, wenn keine positive Vorspannung der Tetrode 4 erfolgt. Wahl­ weise können anstelle des gemeinsamen Eingangskreises (29, 30) auch zwei getrennte Eingangskreise vorge­ sehen sein, deren Signalpolaritäten zueinander verschie­ den bzw. entgegengesetzt sind.

Claims (7)

1. Röntgenstrahlungs-Regelschaltung, bei welcher

• - eine gleichgerichtete hohe Gleichspannung über mindestens eine Tetrode (4) an eine Röntgen­ röhre anlegbar ist,
• - eine erste Spannungssteuereinrichtung (100) mit einem hochspannungsfesten Halbleiterelement (28) mit einem Steuergitter (24) der Tetrode (4) ge­ koppelt ist, um an dieser eine erste Gittervor­ spannungs-Steuerspannung anzulegen, wodurch die gleichgerichtete hohe Gleichspannung durch die Tetrode (4) unter Ausnutzung der Wirkung ihres Anodenspannungsabfalls gesteuert ist,
• - eine zweite Spannungssteuereinrichtung (200) mit einem Halbleiterelement (52) eine zweite Gitter­ vorspannungs-Steuerspannung an die Tetrode (4) anlegt, und
• - eine Niederspannungseinrichtung (300) ein Nieder­ spannungs-Tetrodensteuersignal an das hochspan­ nungsfeste Halbleiterelement (28) der ersten Spannungssteuereinrichtung (100) anlegt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Halbleiterelement (52) der zweiten Spannungs­ steuereinrichtung (200) ein Hochfrequenz-Halb­ leiterelement ist, welches die zweite Gittervor­ spannungs-Steuerspannung zum Ausfiltern von Wel­ ligkeitskomponenten der gleichgerichteten hohen Gleichspannung an das gleiche Steuergitter (24) der Tetrode (4) anlegt, und
• - die Niederspannungseinrichtung (300) das Nieder­ spannungs-Tetrodensteuersignal auch an das Hoch­ frequenz-Halbleiterelement (52) derart anlegt, daß die erste und die zweite Gittervorspannungs- Steuerspannung seriengekoppelt sind.

2. Röntgenstrahlungs-Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederspannungs­ einrichtung (300) eine Invertiereinrichtung (53) enthält, welche das Niederspannungs-Tetrodensteuer­ signal invertiert und das invertierte Steuersignal zum Halbleiterelement (52) der zweiten Spannungs­ steuereinrichtung (200) führt, während das Nieder­ spannungs-Tetrodensteuersignal an das hochspannungs­ feste Halbleiterelement (28) der ersten Spannungssteuereinheit (100) angelegt ist.

3. Röntgenstrahlungs-Regelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine feste Gleichspan­ nungs-Vorspanneinrichtung (22, 23, 25), die eine dritte Gittervorspannungs-Steuerspannung erzeugt und in Reihenkombination mit der ersten und zwei­ ten Gittervorspannungs-Steuerspannung an das Steuer­ gitter (24) der Tetrode (4) anlegt.

4. Röntgenstrahlungs-Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stromversorgungen (Out 3, Out 4) mit den Halbleiterelementen (28, 52) der ersten bzw. zweiten Spannungssteuereinrichtung (100, 200) verbunden sind und daß die beiden Strom­ versorgungen (Out 3, Out 4) durch einen gemeinsamen Hochspannungs-Trenntransformator (16) gebildet sind.

5. Röntgenstrahlungs-Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (28, 52) der ersten und zweiten Spannungssteuerein­ richtung (100, 200) jeweils aus einem bipolaren Transistor bestehen.

6. Röntgenstrahlungs-Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (28, 52) der ersten und zweiten Spannungssteuerein­ richtung (100, 200) jeweils aus einem unipolaren Transistor bestehen.