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Schaltungsanordnung zum niederspannungsseitigen Einschalten und selbsttätigen
Konstanthalten der Spannung einer Röntgenröhre mittels Hochfrequenz Es ist bekannt,
eine Röntgenröhre mittels eines in Reihe mit ihr im Hochspannungskreis angeordneten
Schaltventils (das ist eine Elektronenröhre mit mindestens einem Steuergitter) ein-
und auszuschalten, indem die Gitterspannung des Ventils durch geeignete Mittel beeinflußt
wird. Da dieses Schaltventil in den meisten Fällen in dem unter Hochspannung befindlichen
Teil des Röhrenstromkreises angeordnet ist und das Schaltorgan keine Hochspannung
führen darf, ist ein geeignetes überbrückungsmittel zur Übertragung von Nieder-
auf Hochspannung erforderlich. Es ist bekannt, als ÜbertragungsmittelelektrischeHochfrequenzenergie
zu verwenden, die durch das Schaltorgan an- und abgestellt werden kann und die danach
durch einen hochisolierten Hochfrequenztransformator auf die Hochspannungsseite
übertragen wird und dort nach Gleichrichtung die Gitterspannung des Schaltventils
in geeigneter Weise beeinflußt.
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Damit das Schaltventil seine Aufgabe erfüllen kann, muß es möglich
sein, seine Gitterspannung (gegen Kathode) weitgehend zu beeinflussen. Von
einer
negativen Gitterspannung, die bei der höchsten in Betracht kommenden Spannung jeden
Stromdurchgang mit Sicherheit verhindert, muß das Gitter auf einen weniger negativen
oder positiven Wert gebracht werden können, bei dem es dem höchsten gewünschten
Röhrenstrom freien Durchgang ohne zu hohen Spannungsabfall gestattet. Bei Verwendung
von Tetroden oder Pentoden ist es meistens möglich, ohne positive Gitterspannung
auszukommen, was die Schaltung wesentlich vereinfacht. Bei Verwendung von Trioden
ist bei hohen Stromwerten eine positive -Gitterspannung notwendig, und es empfiehlt
sich dann, ein Hilfs-Schaltventil in an sich bekannter Weise zu verwenden, das den
nötigen Gitterstrom für das Hauptschaltventil liefert und außerdem durch seine Wirkung
als Verstärker die Empfindlichkeit des Systems erhöht.
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Es ist gleichfalls bekannt, eine gittergesteuerte Ventilröhre außer
zur An- und Abschaltung der Röntgenröhre auch zum Regeln der Röntgenröhrenspannung
von Hand oder selbsttätig zu verwenden, wobei im letzteren Fall die Spannung an
der Röntgenröhre unabhängig von der zugeführten Spannung und von Belastungsänderungen
und anderen Einflüssen auf einem unveränderten Wert gehalten wird (Spannungskonstanthaltung),
was für viele Anwendungen von größter Bedeutung ist, da nur dadurch Aufnahmen von
immer gleichmäßiger Intensität und Qualität erzielt werden können.
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Bei bisher bekannten Verfahren zum Konstanthalten der Spannung von
Röntgenröhren wird von einem zwischen Anode und Kathode der Röntgenröhre liegenden
Spannungsteiler am anodenseitigen Ende eine.der Röntgenröhrenspannung proportionale
Teilspannung abgegriffen und unmittelbar oder nach Zwischenverstärkung auf den Gitter-Kathoden-Kreis
des Schaltventils übertragen, das daher in der anodenseitigen Zuleitung zur Röntgenröhre
liegen muß. Die ganze Regeleinrichtung befindet sich daher unter Hochspannung, und
die zur Einstellung der gewählten Röhrenspannung notwendigen Veränderungen im Spannungsteilerverhältnis
können nur mittels langer hochisolierender Stangen oder ähnlicher Hilfsmittel oder
mittels unter Hochspannung liegender Wähler oder ähnlicher Vorrichtungen ausgeführt
werden. Abgesehen von der Umständlichkeit dieser Arbeitsweise sind unter Hochspannung
befindliche (also meistens unter 01 liegende) Kontakte immer unerwünscht.
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Die Erfindung macht es möglich, die Einstellung der Röhrenspannung
auf der Niederspannungsseite, also beispielsweise am Schalttisch oder `Schaltschrank
vorzunehmen. Zu diesem Zweck wird in analoger Weise zu bekannten- Verfahren zum
An- und Abschalten ein Hochfrequenzsender als Übertragungsmittel zwischen Nieder-
und Hochspannung verwendet. Der wesentliche Unterschied liegt darin, daß in diesem
Fall die Hochfrequenzenergie nicht nur an- und abgeschaltet werden muß, sondern
daß ihre Stärke in Abhängigkeit von der jeweiligen Röhrenspannung stetig geändert
werden muß. Anders ausgedrückt: Der Hochfrequenzsender wird durch die Abweichung
der augenblicklichen Röhrenspannung vom Sollwert moduliert.
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Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens zum Konstanthalten der Spannung
liegt darin, daß es nunmehr nicht mehr notwendig ist, die Ventilröhre am anodenseitigen
Ende der Röntgenröhre anzuordnen. Sie kann ebenso in der Kathoden- wie in der Anodenzuleitung
liegen. Infolgedessen ist es auch (im Gegensatz zu allen bisher bekanntgewordenen
Methoden) möglich, zwei gleichzeitig arbeitende Ventilröhren (eine in der Anodenzuleitung
und eine in der Kathodenzuleitung) zu verwenden, wodurch eine Anordnung erhalten
wird, die große Vorteile bietet.
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Nachstehend werden zum Zwecke des besseren Verständnisses an Hand
der Zeichnung zwei Schaltungsbeispiele beschrieben, die von der Erfindung Gebrauch
machen. Sie beziehen sich beide auf eine Anordnung der letztgenannten Art mit zwei
Ventilröhren, die aus verschiedenen Gründen (gleichmäßige Aufteilung der Spannung
zwischen Anode und Kathode, beiderseitige gleichzeitige An-und Abschaltung, Beanspruchung
jeder der beiden Röhren mit nur der halben Spannung) besondere Vorteile- aufweist
und deshalb vorzugsweise zu verwenden ist.
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Abb. i zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer einfachen Ausführungsform,
bei der die gleichgerichtete Hochfrequenzspannung unmittelbar auf den Steuergitterkreis
des betreffenden Schaltventils übertragen wird. In -dieser Abbildung bezeichnet
i die Röntgenröhre; a und 3 sind die beiden Schalt- und Regelventilröhren (in diesem
Fall Tetroden). Mit 4, 5 bzw. 6, 7 sind die beiden Spannungsteiler bezeichnet, die
aus den Hochspannungsteilen 5 bzw. 7 und den Niederspannungsteilen q. bzw. 6 bestehen.
Die von den Teilen 4 bzw. 6 abgenommenen (den Spannungen der Röhrenanode bzw. Röhrenkathode
gegen Erde proportionalen) Spannungen werden einzeln mit den von den miteinander
gekuppelten Potentiometern 8 und 9 abgegriffenen Vergleichsspannungen verglichen,
und die Differenz zwischen den Spannuni gen an den Teilen 4 und 8 bzw. 6 und 9 beeinflußt
die beiden Hochfrequenzsender io bzw. ii. Die die beiden Potentiometer 8 und 9 speisenden
Stromquellen sind stabilisiert (z. B. mittels Präzisionsglimmröhren), und die Potentiometer
sind mechanisch gekuppelt und sorgfältig abgeglichen, so daß die von ihnen abgegebenen
Spannungen immer gleich sind.
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Wie erwähnt, wirkt die Differenz zwischen den Spannungen an den Teilen
4 und 8 auf den Hochfrequenzsender io, und zwar so, daß die vom Sender abgegebene
Hochfrequenzspannung von dieser Differenz abhängt. Bei dem in Abb. i gezeigten Beispiel
gibt der aus der Schwingungsröhre ioa und dem abgestimmten Schwingungskreis 103
bestehende Oszillator Hochfrequenzspannung an den Gitterkreis der Modulatorröhre
ioi ab. Am Steuergitter dieser Röhre liegt die vom Teil 4 abgenommene Spannung und
an ihrer Kathode die vom
Potentiometer8 abgenommene Vergleichsspannung,
so daß die Spannung zwischen Gitter und Kathode gleich der Differenz zwischen den
beiden abgenommenen Spannungen ist Ist beispielsweise die Spannung der Röntgenröhre
zu hoch, so steigt die Gitterspannung der Röhre ioi und diese gibt infolgedessen
mehr Hochfrequenzspannung an den (für halbe Hochspannung isolierten) Hochfrequenztransformator
12 ab. Entsprechend steigt auch die von dem Transformator i2 abgegebene Sekundärspannung,
die von dem Hochfrequenzgleichrichter 14 gleichgerichtet und durch den Kondensator
18 und den Belastungswiderstand 17 in eine beruhigte Gleichspannung verwandelt wird.
Diese erhöhte Gleichspannung wird durch den Gitterwiderstand i9 auf das Gitter des
Regelventils 2 übertragen und vergrößert dessen negative Gitterspannung. Daher steigt
die Impedanz des Ventils 2, und dieses verzehrt mehr Hochspannung als vorher. Dieser
Vorgang geht so lange weiter, bis die Spannung zwischen Röhren-Anode und Erde auf
den richtigen Wert gesunken ist und die Gitterspannung der Röhre ioi dementsprechend
wiederabgenommen hat.
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Wenn die gleiche Schaltung unverändert auf den Kathodensender i i
angewendet würde, würde dieser, was leicht zu erkennen ist, im entgegengesetzten
Sinn arbeiten, d. h. eine Spannungsabweichung an der Röntgenröhre würde nicht verkleinert,
sondern noch mehr vergrößert werden. Ein Mittel dagegen ist die Zwischenschaltung
einer Umkehrröhre 114 vor den Kathodensender.
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Eine etwas kompliziertere, dafür aber im allgemeinen leistungsfähigere
Ausführungsform ist in Abb.2 dargestellt. Ein großer Teil der Elemente entspricht
denjenigen der Schaltung von Abb. i; sie sind daher mit denselben Bezugszeichen
versehen.
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Die von den beiden Hochfrequenztransformatoren sekundärseitig abgegebenen
Spannungen wirken hier nicht unmittelbar auf die Gitterkreise der Regelröhren 2
und 3, sondern auf die Steuergitterkreise zweier Hilfsregelröhren 23 und 24, die
ihrerseits die Gitterspannungen der Hauptregelröhren 2 und 3 beeinflussen. Solange
die Hochfrequenzsender io und ii nicht oder nur mit geringer Leistung arbeiten,
erhalten die Hilfsrege-lröhren 23 und 24 von den Stromquellen 25 bzw. 26 ausreichende
negative Gitterspannung, um sie vollkommen stromundurchlässig zu halten. Zugleich
erhalten die beiden Schaltröhren 2, 3 durch die hohen Widerstände 29,
30 von den Stromquellen 27, 28 hohe negative Gitterspannung und sind
daher gleichfalls vollkommen stromundurchlässig. Die Hilfsschaltventile 23, 2.I
liegen in Reihe mit je einer weiteren Spannungsquelle 31, 32 zwischen Kathode und
Gitter des zugehörigen Hauptschaltventils 2 bzw. 3. Die Hilfsschaltventile 23, 2.7
sind in der Abbildung als Schirmgitterröhren wiedergegeben, die ihre Schirmgitterspannung
in üblicher Weise von den Spannungsteilern 33 bzw. 34 erhalten. Die Gitterwiderstände
35, 36 sind ein Schutz gegen zufällige Überlastung der Röhren 23, 24 durch positive
Steuergitterspannung. Die Widerstände 37, 38 und 39, 40 geben den Röhren 23, 2.a.
ein passend gewähltes Ausmaß von negativer Rückkopplung, durch die der scharfe Knick
in der Verstärkungskurve beim Übergang des Gitters des 1lauptschaltventils von negativen
auf positive Spannungswerte vermindert und die Verstärkung gleichmäßiger gemacht
wird.
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Es ist ersichtlich, daß, solange die Hilfsschaltventile 23 und 2.4
stromundurchlässig gehalten werden, die Hauptschaltventile 2 und 3 ebenfalls abgesperrt
sind, so daß die Röntgenröhre beiderseitig von der Stromquelle getrennt bleibt.
Wenn Strom durch die Hilfsschaltventile und die Widerstände 29, 30 fließt,
verringert sich infolge des Spannungsabfalls in diesen Widerständen die negative
Gitterspannung der Ventile 2 und 3, und es setzt ein Stromdurchgang durch die Ventile
2 und 3 und damit auch durch die Röntgenröhre ein. Wenn die Hilfsschaltventile durch
weitere Verminderung ihrer negativen Gitterspannungen noch mehr Strom durchlassen,
geht die Gitterspannung an den Hauptschaltventilen von negativen auf positive Werte
über (wobei der Gitterstrom von den Stromquellen 34 32 durch die Hilfsschaltventile
zu den Gittern fließt), und die Spannung der Röntgenröhre steigt weiter an.
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Die Art der Spannungskonstanthaltung ist grundsätzlich die gleiche
wie die an Hand von Abb. i beschriebene, aber die gleichgerichteten Hochfrequenzspannungen
wirken hier im umgekehrten Sinne. Während in -dem Svstem nach Abb. i ein Ansteigen
der Hochfrequenzspannung das Schaltventil besser leitend macht, ist hier das Entgegengesetzte
der Fall, da die gleichgerichtete Hochfrequenzspannung der absperrenden Spannung
der Stromquelle 25 bzw. 26 entgegenwirkt. Daher muß in diesem Fall (wenn die Sender
im übrigen gleich ausgeführt sind) die Umkehrröhre 114 (Abb. i dem positiven Sender
io zugeteilt werden.