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Schaltungsanordnung zum Zuführen einer Gleichspannung an die Regelelektrode
einer Röntgenröhre und mit einer solchen Schaltungsanordnung versehene Einrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Röntgenröhren mit Regelelektrode
und auf eine mit einer solchen Schaltungsanordnung versehene Röntgeneinrichtung.
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Es ist bekannt, den Elektronenstrom in einer Röntgenröhre zu regeln
und nötigenfalls zu unterbrechen ohne Änderung des Heizstromes oder der Anodenspannung,
indem der Regelelektrode eine Gleichspannung solcher Polarität zugeführt wird, daß
in der Nähe der Kathode ein elektrisches Feld erzeugt wird, das im wesentlichen
dem die Elektronen beschleunigenden, durch die elektrische Spannung der Anode erzeugten
Feld entgegengesetzt ist.
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Es ist auch von der Regelelektrode Gebrauch gemacht worden, um schnell
aufeinanderfolgende, kurzzeitige Röntgenstrahlenimpulse zu erzielen. Dabei wird
die Regelelektrode mit einem Schwingkreis verbunden, der mit dem Anodenstromkreis
der Röhre gekoppelt ist.
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In den bekannten Schaltungsanordnungen zur Steuerung einer Röntgenröhre
ist die Regelelektrode mit einer gesonderten Zuführungsleitung für die Regelspannung
verbunden, wodurch die Anzahl von Stromleitern, welche die Kathodenseite der Röntgenröhre
mit der Speiseapparatur verbinden, gegenüber einer Einrichtung mit einer Röntgenröhre
ohne Regelelektrode um einen Leiter zugenommen hat. Eine solche Ausdehnung bringt
es mit sich, daß besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen, um die Regelspannung
der Röntgenröhre zuzuführen, die durch gegen hohe Spannungen isolierte Kabel mit
dem Speisegerät verbunden ist.
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Es wird zwar als Standardausführung bei einer Röntgeneinrichtung zum
Verbinden der Kathodenseite der Röntgenröhre mit dem Speisegerät ein Hochspannungskabel
mit drei Stromleitern benutzt, aber diese Leiter sind zum Anschließen von zwei Heizfäden
einer Doppelfokusröhre bestimmt. Untersuchungen haben erwiesen, daß zum Unterbrechen
eines Elektronenstromes in einer Röntgenröhre, wenn die Anodenspannung
100 bis 150 kV beträgt, an der Regelelektrode eine negative Spannung
gegen die Kathode von 2000 bis 3000 V erforderlich ist. Um diese Spannung
aushalten zu können, müßte der Isolationswiderstand zwischen den Stromleitern im
Hochspannungskabel wesentlich höher als normal liegen. Die normalen Hochspannungskabel
für Röntgenröhren sind demnach nicht geeignet, über die Heizstromleiter die für
die Regelelektrode erforderlichen hohen Gleichspannungen (2000 bis 3000 V)
zu übertragen.
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Die Erfindung bezweckt, den erwähnten Nachteil zu beheben, und bezieht
sich auf eine Schaltungsanordnung zum Zuführen einer Gleichspannung an die Regelelektrode
einer Röntgenröhre, die kathodenseitig über ein Hochspannungskabel mit dem Röntgenapparat
verbunden ist. Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß ein Hochfrequenzgenerator
einen gegen hohe Spannungen isolierten Hochfrequenztransforinator speist, der am
apparateseitigen Ende des Kabels mit den Stromleitern zum Zuführen des Heizstromes
zur Kathode der Röntgenröhre verbunden ist und diese Stromleiter am röntgenröhrenseitigen
Ende des Kabels mit Schaltungsgliedern zur Umwandlung der Hochfrequenzspannung in
eine Gleichspannnug verbunden sind, die der Regelelektrode zugeführt ist.
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Die Hochfrequenzspannung kann von dem Heizstromkreis durch eine Hochfrequenztransformationskopplung
abgeleitet werden. Zu diesem Zweck stehen Schaltungsanordnungen zur Verfügung, die
als Parallelresonanzkreis oder als Reihenresonanzkreis ausgebildet sind. Bei Schaltungsanordnungen
erstgenannter Art liegt ein Kondensator parallel zur Primärwicklung des Hochfrequenztransformators,
wodurch diese Wicklung gleichzeitig an die Spannung der Heizkathode anschließbar
ist. Der dabei durch die Wicklung fließende Strom kann zu unerwünschter Erwärinung
des Transformators führen. Bei dem Reihenresonanzkreis ist die Primärwicklung des
Hochfrequenztransformators durch einen Kondensator von dem Heizstromkreis getrennt.
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Die der Regelelektrode zugeführte Gleichspannung zum Unterbrechen
des Anodenstromes wird dadurch
erzielt, daß die Sekundärwicklung
des Hochfrequenztransformators durch einen Gleichrichter und einen damit in Reihe
liegenden Kondensator überbrückt wird. Zum Kondensator wird ein Widerstand parallel
geschaltet. Die Zeitkonstante dieser RC-Kombination bedingt die Geschwindigkeit,
mit der die Gleichspannung entsteht und beim Ausschalten der Hochfrequenzspannung
wieder verschwindet. Eine Wirksamkeit der Röntgenröhre während z. B. 1 msec
erfordert eine Zeitkonstante von etwa 10-4 sec.
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Die Abmessungen einer zu diesem Zweck geeigneten Transformatorkopplung
können hinreichend gering sein, um die erforderlichen Einzelteile in der Umhüllung
der Röntgenröhre unterzubringen. Dies hat den Vorteil, daß für die Isolierung das
gewöhnlich in der Umhüllung vorhandene flüssige Isoliermittel benutzt werden kann,
das durch hochwertiges Öl gebildet wird. Die Zeichnung zeigt in Fig.
1 das Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung, und Fig. 2
zeigt ein Schaltbild zur Entnahme der Hochfrequenzspannung an dem Heizstromkreis.
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Die Röntgenröhre 1 enthält eine Heizkathode 2 und eine Anode
3. Die Mittel zum Erzeugen und zum Zuführen der Anodenspannung sind nicht
dargestellt, da die dazu geeigneten Vorrichtungen und Schaltungen allgemein bekannt
sind.
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Es ist angedeutet, daß die Röntgenrö.hre 1 eine Regelelektrode
4 enthält. Die Bauart und die Anordnungsweise der Regelelektrode in der Röhre gegenüber
der Kathode und der Anode sind hier unwesentlich. Es wird vorausgesetzt, daß eine
solche Ausführungsform, bei der mit einem geeigneten Potentialunterschied zwischen
Kathode und Regelelektrode der Elektronenstrom unterdrückt werden kann, keine Schwierigkeiten
bereitet.
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Mit der Kathode 2 ist ein Heizstromkreis verbunden, der einen Heizstromtransformator
5 und die Stromleiter 6 und 7 enthält. Diese Leiter sind in
bekannter Weise in der Umhüllung eines Kabels 8 für hohe Spannung untergebracht,
welche Umhüllung aus Isoliermaterial, z. B. einer Anzahl von Gummischichten, hergestellt
ist. Die Leiter 6 und 7 sind an die Sekundärwicklung 9 des
Heizstromtransformators 5 angeschlossen. Die Primärwicklung 10 dieses
Transformators ist gegen hohe Spannung von der Sekundärwicklung 9
isoliert
und an das Speisenetz 11 angeschlossen.
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Der Speisestrom für einen Hochfrequenzgenerator 12 wird auch den Klemmen
des Speisenetzes 11 entnommen. Die Einzelheiten eines zum Zweck der Erfindung
geeigneten Hochfrequenzgenerators werden als bekannt vorausgesetzt. Sie werden daher
nicht weiter erläutert; es sei nur angedeutet, daß die Hochfrequenzspannung an dem
mit dem Heizstromtransformator 5 verbundenen Ende des Kabels 8 durch
einen isolierten Transformator 13 an die Stromleiter 6
und
7 des Heizstromkreises für die Röntgenröhre zugeführt wird.
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Auf der Seite, an der das Kabel 8 mit der Kathode 2 verbunden
ist, wird die Hochfrequenzspannung durch eine Transformatorkopplung entnommen, die
weiter unten beschrieben wird.
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Nach Fig. 2 ist die Primärwicklung 14 des Hochfrequenztransformators
15 in Reihe mit einem Kondensator 16 zwischen die Heizstromleiter
6 und 7 geschaltet, wobei der Kondensator 16 eine Sperre
für den Niederfrequenzstrom bildet und derart bemessen ist, daß mit der Induktivität
des Transformators 15 eine geeignete Anpassung an die hohe Frequenz der Spannung
vorliegt, die zur Steuerung der Röntgenröhre benutzt wird. Mit der Sekundärwicklung
17 des Hochfrequenztransformators 15 ist ein Gleichrichter
18 zum Aufladen des Kondensators 19 verbunden. Die Aufladespannung
des Kondensators 19 ist vorhanden zwischen der Kathode 2 und der Regelelektrode
4 der Röntgenröhre 1 und hat einen Wert, der von der Amplitude der Hochfrequenzregelspannung
abhängig ist. Um Spannungsänderungen zwischen Kathode und Regelelektrode vornehmen
zu können, muß die Kondensatorspannung abgeführt werden können. Zu diesem Zweck
dient der Widerstand 20, der parallel zum Kondensator 19 liegt. Die Werte
des Kondensators und des Widerstandes hängen von der Zeit ab, die für den Übergang
der Spannung von einem Wert zum anderen vorgegeben ist.
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Um zu verhüten, daß die Hochfrequenzspannung über die Sekundärwicklung
9 des Heizstromtransformators 5 und die Kathode 2 abgeleitet wird,
sind Sperrkreise aus einem Kondensator 21 bzw. 22 und einer Drossel 23 bzw.
24 an beiden Enden des Kabels 8 vorgesehen.