DEP0023994DA - Schaltung zur Impulserzeugung und Leistungsregelung, insbesondere bei Ultraschallgeräten - Google Patents

Description

In der Impulstechnik, insbesondere bei der medizinischen Anwendung der Ultraschallwellen in der Ultraschalltherapie, wird häufig, statt einer gleichmäßigen Schallabgabe, nur eine kurz dauernde, von längeren zeitlichen Zwischenräumen unterbrochene Schallleistungsabgabe bei der vollen Leistungshöhe des Geräts verlangt, d.h. es werden kurze rechteckige Impulse gefordert. Der Zweck einer solchen Betriebsart kann beispielsweise sein, trotz geringer Gesamtleistungsaufnahme des Geräts möglichst hohe Leistungen und die damit verbundenen besonderen Erscheinungen, wie Cavitation usw., zu erhalten, oder wie in der Medizin, die spezifischen Schallwirkungen auszunützen, ohne durch die immer verbundene, aber nur mit der mittleren Leistung wachsende Wärmewirkung gestört zu werden. Die hierfür in der Praxis geforderten Tastverhältnisse sind nur klein, maximal etwa 1 : 20.

Die Herstellung der für die Ultraschallimpulse notwendigen impulsförmigen Hochfrequenzspannungen kann leicht in bekannter Weise durch entsprechende Modulationsschaltungen bewirkt werden, bei denen Gleichspannungsimpulse die Gitter irgendwelcher Senderöhren steuern. Auch für die Herstellung der möglichst rechteckigen positiven Gleichspannungsimpulse sind eine große Zahl von Schaltungen bekannt, die allerdings meistens den Nachteil eines nicht unbeträchtlichen Aufwandes an Schaltmitteln bzw. Röhren erfordern, der u.U. in einfachen Ultraschallgeräten, wie sie z.B. die medizinische Praxis erfordert, wirtschaftlich nicht mehr tragbar sind.

Um den Nachteil eines für das Gesamtgerät relativ zu hohen Aufwandes für den Impulsteil zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die folgende Schaltung vorgeschlagen, die gleichzeitig mittels Phasenschieber in einfachster Weise zur Regelung der Hochfrequenz- bzw. Ultraschallleistung herangezogen werden kann. Das beiliegende Schaltbild möge den Erfindungsgedanken näher erläutern.

Der mit Netzfrequenz gespeiste Transformator (1) erzeugt eine Wechselspannung, die den beiden Diodenstrecken (2 u. 3) der Röhre (4) zugeführt wird und von solcher Größe ist, dass am Gitter (5) der Röhre (6) infolge der Zweiweggleichrichtung beide Halbwellen der Wechselspannung gleichgerichtet und negativ gegen die Kathode erscheinen, wie der im oberen Teil der Schaltung gezeichnete Spannungsverlauf erkennen lässt. Infolge Übersteuerung des Gitters (5) und der damit verbundenen "Versteilerung" der negativen Halbwellen entstehen an der Anode der Verstärkerröhre lange, abgeplattete, positive Impulse steiler Flanke, die nur durch kurze und entsprechend steile Einsattlungen unterbrochen werden. (Siehe Spannungsverlauf). Betrachtet man nun nicht den Nullwert der positiven Impulse auf der Anodenseite als Bezugsbasis für die Spannung, sondern ihren Maximalwert, so erkennt man gemäß dem Spannungsverlauf, dass die Einsattlung zwischen den positiven Impulsen negativer Impulse erheblich kürzerer Länge darstellen, die nach Umkehrung und weiterer Versteilerung in einer zweiten Verstärkerröhre (8) an deren Anode positive positive rechteckige Impulse der gewünschten Form und Länge geben, die unmittelbar zur Aussteuerung eines Hochfrequenzsenders verwendet werden können.

Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz und einem Tastverhältnis von 1 : 20, wie es die vorliegende Schaltung liefert, beträgt die Impulsdauer 1/2000 Sek. Für diese Zeitdauer genügt es, den auszusteuernden Hochfrequenzsender direkt mit Wechsel- und nicht mit Gleichspannung zu betreiben, wenn man nur dafür sorgt, dass der Steuerimpuls immer im Maximum der sinusförmigen Anodenwechselspannung den Sender öffnet. Der aus der Netzfrequenz, über den Transformator (1) und Röhre (4) abgeleitete Impuls entsteht aber gerade im Nulldurchgang der Wechselspannung, eilt also dem Maximalwert um 90° voraus. Der Impuls würde das Senderohr immer dann aussteuern, wenn die Anodenspannung gerade Null ist. Durch einen in die Zuleitung zum Transformator (1) eingebauten Phasenschieber bekannter Bauart, beispielsweise aus einer Kapazität (7) mit einem parallel geschalteten regelbaren Widerstand (9), kann die Phase des erzeugten Impulses in bekannter Weise stetig gegen die Phase der Anodenwechselspannung verschoben werden. Es ist möglich, diesen Vorgang der Phasenverschiebung gleichzeitig zur Regelung der Leistungshöhe der Hochfrequenz- und damit auch der Ultraschallleistung zu verwenden.

Durch Verwendung einer besonderen Diode, wie aus der Schaltung ersichtlich, für die Gleichrichtung kann leicht das Tastverhältnis in weiten Grenzen geändert werden. In diesem Falle genügt es, in die Kathodenleitung der Röhre (4) einen regelbaren Widerstand (10) einzuschalten, dessen Spannungsabfall das Kathodenpotential gegenüber den beiden Dioden positiv anhebt, so dass nur Teile der beiden Halbwellen zur Gleichrichtung beitragen, was eine Veränderung der oben erwähnten Einsattlungen und somit unmittelbar eine Änderung der Impulslänge zur Folge hat.

Durch Verwendung von Wechselspannungen höherer Frequenz als Netzfrequenz ist es möglich, bei gleichem Tastverhältnis in der absoluten Zeitdauer wesentlich kürzere Impulse zu erzeugen. Für den oben angeführten Zweck müsste allerdings bei Fremderregung eine Synchronisation mit der Netzfrequenz erfolgen.

Claims (3)

1.) Impulserzeuger, insbesondere zur Herstellung von Ultraschallimpulse, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden von einem in Doppelweg arbeitenden Gleichrichter (4) gelieferten negativen Halbwellen dem Gitter einer Verstärkerröhre (6) zugeführt werden und eine solche Größe haben, dass die auf der Anodenseite der Verstärkerröhre (6) zwischen den positiven, versteilerten und abgeschnittenen Halbwellen, entstehenden Einsattlungen als negative Impulse einer weiteren Amplitude haben, dass auf der Anodenseite der zweiten Röhre (8) positive Impulse mit steiler Flanke entstehen.

2.) Impulserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung von der Wechselspannungsquelle zum Gleichrichter ein Phasenschieber bekannter Bauart angeordnet ist, der die im Gleichrichter erzeugten Halbwellen und damit die aus diesen abgeleiteten Impulse in ihrer Phase gegenüber der Netzwechselspannung verschiebt.

3.) Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine entsprechende negative Vorspannung der Diodenstrecken nur Teile der beiden Halbwellen gleichgerichtet werden und dass dadurch eine Änderung der Impulslänge erfolgt.