第五章医学影像设备

1第五章

工频Ｘ线机的单元电路李燕X线机的电路结构：1.电源电路、2.X线管灯丝加热电路、3.高压变压器初级电路、4.高压变压器次级及管电流测量电路、5.保护电路、6.限时电路、7.控制电路等。X线管灯丝加热变压器初级电路控制电路高压变压器初级电路机械辅助装置电路电源电路X线管灯丝加热变压器次级电路高压变压器次级及管电流测量电路X

线管图5-1基本电路的相互关系框图第一节电源电路第二节

高压初级电路第三节

高压次级与管电流测量电路第四节

X线管灯丝加热变压器初级电路第五节

限时电路第六节

旋转阳极启动及延时保护电路第七节

容量保护电路第八节

曝光控制电路第九节

曝光量自动控制电路

第一节电源电路

电源电路是指将外电源引入控制器内部，为自耦变压器供电，并为各单元电路提供电源的电路。电源电路包括熔断器、电源接触器、自耦变压器、电源开关和电源电压调节器等。由于电源主电路通过的电流较大，因此这部分电路所用的导线相对较粗。

一、电源电压的选择与调节（一）电源电压的选择

X线机都采用自耦变压器做电源的总输入，一般小型X线机多采用220V供电，而中、大型X线机多设计成既可用220V供电，又可用380V供电。（二）电源电压的调节

在实际工作中，电源电压要随供电线路负荷的变化而发生相应的变化波动。所以在自耦变压器的输入端都设有电源电压调节器（如图5-2中014所接之炭轮。自耦变压器输出端有多种电压值的输出头，其中有额定电压的固定抽头。当外界电源电压波动时，调节炭轮的位置保持输出端的电压为额定值。图5-2电源电压的选择与调节二、常见工频X线机电源电路举例（一）小型机电源电路

1．电路结构

以下是F30型30mAX线机的电源电路。电源电压为220V，且允许在180V至240V之间波动。该电路由装置Zu2、熔断器RD、电源开关（兼电源电压调节器）K1、自耦变压器B1、电源电压表V、电源指示灯ZD等组成。

图5-3F30型30mAX线机的电源电路2．电路分析（1）自耦变压器得电电路为：

Zu2①→0V→自耦变压器B1→220V→K1→RD→Zu2②。（2）电源电压表得电电路为：0V→V表→220V。三相电源的联接1、星形联接N中点或零点N把发电机三相绕组的末端XYZ接成一点。而把始端A、B、C作为与外电路相联接的端点。这种联接方式称为电源的星形联结。火线中线或零线火线火线线电压相电压目前，我国供电系统线电压380V，相电压220V。三相四线制（二）输入电压可选型电源电路

1．F30-ⅡF型200mAX线机电源电路（1）电路结构：

电路组成：按钮开关AN1、按钮开关AN2、电源接触器JC0、电源电压表LV、自耦变压器B1、电源电压调节炭轮B1-10等。用380V供电时，两根电源线DZ1-3与DZ1-5接相线，DZ1-1与DZ1-2短路。

用220V供电时，DZ1-4接中线，DZ1-5接相线，并将

DZ1-4和DZ1-2短路。

（2）电路分析：（以380V供电方式为例）1）按下AN1，电源接触器JC0线圈得电，得电电路为：地线→DZ1-1→DZ1-2→AN2→AN1（松开AN1后JC0自锁）→JC0（线圈）→DZ1-5→RD12→C（相）。2）自耦变压器B1得电电路为：

A(相)→RD11→DZ1-3→JC0（1、2）→B1→B1-10→JC0（6、5）→DZ1-5→RD12→C(相)。3）电源电压表指示电路为：B1-A4（0V）→电源电压表LV→B1-A7（150V）。

2．XG-200型X线机电源电路

（1）电路结构：

HQA与HTA、KQA与KTA是点片架和控制器上的两组“通”、“断”按钮，JLC为电源接触器，ZOB为自耦变压器。

该机电源电路设计供电电压为220V或380V。

用380V供电时，自耦变压器得电由019至021；用220V供电时，自耦变压器得电由019至023。

机器出厂前电源线按380V供电方式连接，若需改接220V供电，应将023与019接，002与003短接。

图5-5XG-200型X线机电源电路（2）电路分析：（以380V供电方式为例）

1）按下按钮开关KQA（或HQA），电源接触器JLC得电，得电电路为：(相)→001→1RD→KQA/HQA（松开KQA/HQA后经

JLC3自锁）→HTA→KTA→JLC（线圈）→003→(中)。2）自耦变压器ZOB得电电路为：(相)→001→1RD→JLC1→0V→ZOB1→ZOB2→ZOB6→014炭轮→JLC2→2RD→002→(相)。

第二节

高压初级电路

高压变压器初级电路是将自耦变压器输出可调电压送至高压变压器初级的电路。因为人体各部位的组织密度、厚度存在差异，所以X线机的管电压具有可调性和可控制性。中、小型X线机的高压变压器的初级都有管电压调节装置和控制装置、管电压补偿和预示装置，从而达到管电压的可调、可控和指示。

一、管电压的调节

诊断用X线机管电压的范围在40~150kV之间，调节管电压就能够有效地控制X线的质。管电压的调节是根据变压器的工作原理进行的。管电压的调节方式：①初级匝数N1不变与次级匝数N2不变，调节高压变压器输入电压U1；②输入电压U1与次级匝数N2不变，调节初级匝数N1；③输入电压U1与初级匝数N1不变，调节次级匝数N2。

国产工频X线机均采用第一种方法调节管电压。（一）分档可调式（二）连续可调节式

管电压分档可调式示意图管电压连续可调式示意图

二、高压初级通断的控制方式

管电压的控制，是通过控制高压变压器初级电路的接通或断开，控制X线的发生和停止。中、小型X线机管电压的控制方法主要有两种：（一）接触器控制法在高压初级回路中串接一组以上的接触器的触点，用脚闸或限时器来控制接触器，从而达到控制高压变压器初级回路的接通与断开。如图5-8所示。当JC线圈得电（失电）时，其常开触点闭合（断开），接通（切断）高压变压器B2初级得电电路。图5-8接触器控制法电路此法缺陷：接触器在断开和闭合的瞬间，会产生突波，突波会使X线管等高压部件有被击穿的危险。同时有较强电弧也会导致触点熔蚀，损坏X线管。所以这种电路必须配有防突波熄弧装置。防突波熄弧的方法：在高压变压器初级回路中接入一个阻值较小、功率较大的防突波电阻，使接触器触点在断开和闭合的瞬间，先通过该电阻产生压降，以此抑制过电压。同时可减小电弧，起到了熄弧作用。瞬间发生的高压，从数百伏特到数千伏特或更高，持续的时间从数千分之一秒到数亿分之一秒，伴随而产生突波电流，对电子设备具有极大的潜在危险，轻则造成信息丢失或电子零件寿命隐性伤害，严重则造成设备的损坏或产生更严重的后果。产生突波的原因有两种：自然界产生的如：雷击；其次，电子设备瞬间加入负载。（防突波熄弧）的电路5-8的工作原理是：当接触器线圈得电时，常开触点JC（3、4）和JC（5、6）因触点动作间隙小而首先闭合，将电阻R接入电路，瞬间（约0.01s）常开触点JC（1、2）闭合，又将R短路。当接触器线圈失电时，常开触点JC（1、2）先断开，电阻R再次被接入电路，瞬间常开触点JC（3、4）和JC（5、6）断开，切断高压初级电路。电路接通和断开瞬间，输入电压因经过电阻R而被降低，从而抑制了高压变压器次级的过电压和触点间的电弧，起到了防突波熄弧作用。（二）晶闸管控制法

因为接触器不能满足运动器官需要快速摄影的要求，且接触器触点对时序和状态无判断能力，负载时会产生较大的电弧放电。所以，目前大型X线机广泛采用晶闸管控制法。这种方法不但可以避免电弧放电，而且控制敏捷。

晶闸管具有单向导电性，且它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。G控制极基本结构K阴极G阳极

AP1P2N1N2四层半导体晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。(c)结构KGA(b)符号(a)外形晶闸管的外形、结构及符号三个

PN

结P1P2N1N2K

GA晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合+KA

T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK晶闸管导通的条件：1.晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向

电压。2.晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电

压或正向脉冲(正向触发电压)。3.阳极电流不小于维持电流。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管关断的条件：

1.使阳极电流减小。

2.将阳极电源断开或在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。晶闸管控制法的电路构成：

图5-9：晶闸管SCR1、SCR2组成反向并联开关电路，SC是摄影预备接触器，TC是透视高压接触器，HT是高压变压器。

晶闸管控制法的工作原理：摄影时：SC先闭合，SC常开触点闭合瞬间无负载电流，不会产生电弧放电。在SC常开触点闭合后约0.8s，在AB间和CD间加上触发信号，SCR1、SCR2分别在交流电的两个半周期内导通，高压变压器初级HT得电。经过一定曝光时间，触发信号被切断，晶闸管自行切断高压变压器初级HT得电回路，使曝光结束，随后SC失电，SC触点断开。图5-9晶闸管控制法电路透视时仍用接触器控制法，TC线圈得电，TC常开触点闭合，HT直接得电。注意：必须给晶闸管加连续的触发信号，HT才能得电。晶闸管导通，要保证HT得电瞬间正处在交流电的零点附近，这样既可防止高压发生器因过电压而击穿，还可提高曝光时间的准确性。图中的R、C为阻容保护元件，用以限制晶闸管导通时在其两端产生过电压或与电感（高压变压器）造成的串联谐振。

三、管电压的预示和补偿管电压很高，一般仪表不能直接测量，需采用间接测量的方法。其测量原理是：在高压变压器空载时，测出高压变压器初级电压，根据变比计算出对应的次级输出电压值。从而达到在无高压产生的情况下，用高压变压器初级的电压值间接显示管电压的目的。

（一）管电压预示

常用的管电压预示方法有两种。

1．刻度盘预示法

2．电压表预示法

（二）管电压补偿

当X线产生时，由于电源电阻、自耦变压器的阻抗、高压变压器阻抗及其他器件内阻的存在，主电路中将产生电压降。管电流越大，产生的电压降也越大，这样X线管两端得到的实际管电压值要小于预示的管电压值，且随管电流的变化而变化。这种现象会严重影响摄片效果。所以X线机的高压变压器初级电路，都设置了各种形式的补偿电路，这样在不同管电流负载时，千伏表上预示的管电压值与实际加到X线管两端的管电压值相近。管电压补偿又称千伏补偿。管电压补偿的基本原理是：按不同管电流预先增加高压变压器初级电压，以补偿负载时的管电压降低的数值，补偿的千伏数值正好等于负载时降落的千伏数值。

常用的补偿方式有两种：

1．电阻补偿法

如图5-10所示，R1、R2串联，千伏表实际测量的电压只是R1和R2分压器的一部分，而另一部分电压是某一毫安时的补偿电压值。当使用的管电流值增大、千伏表两端的电压越小时，补偿就越多。如图5-11是把千伏表通过毫安选择器与另一组阻值不同的电阻相连接，当管电流从低档向高档调节时，千伏表所串联的电阻阻值也随着由小变大，即千伏表的指示数值就可随管电流的增加而降低，补偿了不同的管电流负载对管电压的影响。

图5-10管电压补偿基本电路

图5-11电阻管电压补偿电路

2．变压器补偿法

即利用变压器进行千伏补偿，既能对不同管电流负荷时的电压降进行补偿，又能对不同管电压负荷时的压降进行补偿，效果更好。

四、常见高压初级电路

（一）自整流X线机的高压初级电路在部分小型X线机电路中，采用自整流形式，即高压变压器次级产生的交流高压直接加到X线管两端。因此，当X线管阳极处于正半周时，发生X线，管内有管电流，加在X线管两极之间为正向电压。当X线管阳极处于负半周时，不发生X线，管内无管电流，加在X线管两极之间为逆向电压。逆向电压大于正向电压，这种逆向电压容易造成高压元件的击穿，所以得设法抑制逆向电压。所以小型X线机都采用了逆电压衰减装置。

1．逆电压衰减装置

逆电压衰减装置，就是将具有单向导电性的硅二极管ZB和一个可调电阻R2并联，再串联在高压初级电路中即成。如图5-12所示。在导电的半周内，即X线管阳极为正、阴极为负时发生X线，硅二极管有电流通过，电压降很小。在交流的另一半周内X线管不发生X线，硅二极管两端为反向电压，此时高压变压器初级的空载电流流经电阻R2而产生较大的电压降，使该半周内高压变压器的次级电压也相应的降低，起到了逆电压衰减的作用。

图5-12逆电压衰减装置

在初级电路中，脉动直流成分的大小与衰减电阻R2的阻值有关。在一定范围内，阻值越大，逆电压衰减效果就越明显。若R2的阻值调至零值时，直流成分变为零，硅二极管在电路中就失去作用。因此，R2的阻值应调整适当，即在保持衰减作用的同时，使初级空载电流降至最低。

调整方法是：在高压初级电路内临时串联一只5~10A的交流电流表，调整R2的阻值，使荧光屏的亮度满足需要，同时电流表指示数值最低，一般调在2~3A即可。2．F30型X线机高压初级电路

该电路如图5-13所示，电路组成：1)管电压调节器K22)R2与ZB组成的逆电压衰减装置3)高压接触器1J的触点1J1和1J24)胃肠摄影预备继电器2J的触点2J2和2J45)防突波电阻R16)高压变压器B27)技术选择开关K3等该机不设千伏补偿装置。

图5-13F30型X线机高压初级电路（1）透视高压变压器初级得电电路为：技术选择开关K3置于透视位

34V②→K3-2→2J4（常闭）→Zu6①→Zu7①→O→B2→P→Zu7②→Zu6②→ZB（负半周经过R2）→1J1（瞬间先经R1→1J2）→2J2（常闭）→K2→B1。（2）摄影高压变压器初级得电电路为：技术选择开关K3置于摄影位

0V→K3-2→2J4（常闭）→Zu6①→Zu7①→O→B2→P→Zu7②→Zu6②→ZB（负半周经过R2）→1J1（瞬间先经R1→1J2）→2J2（常闭）→K2→B1。（3）胃肠摄影高压变压器初级得电电路为：胃肠预备继电器2J工作，其常开触点2J2、2J4接通85kV摄影电路

0V→2J4（常开）→Zu6①→Zu7①→O→B2→Zu7②→Zu6②→ZB（负半周经过R2）→1J1（瞬间先经R1→1J2）→2J2（常开）→85kV→B1。（二）F30-ⅡF型X线机高压初级电路

1．电路结构

图5-14是F30-ⅡF型X线机高压初级电路。该电路主要由透视高压接触器JC1的触点、摄影高压接触器JC3的触点、防突波电阻R1、电源补偿电阻R10、空间电荷抵偿变压器B10的初级、毫安选择器XK1—100、摄影管电压调节炭轮B1-12、透视管电压调节炭轮B1-11、高压变压器B2、自耦变压器B1、管电压补偿装置等组成。管电压补偿和千伏预示电路由管电压补偿电阻R17、R18、R19及R20的不同抽头与毫安选择器XK1—100联动后，与千伏表串联而成。摄影管电压由千伏表预示，透视管电压由控制器上的刻度盘预示。

图5-14F30-ⅡF型X线机高压初级及管电压预示电路2．电路分析（1）透视时高压变压器初级电路：透视高压接触器JC1工作，其常开触点闭合，接通高压变压器B2的初级得电电路，得电电路为：

B1-A5（50V）→RD2→R2→JC1（5、6）→V1→B2→V2→JC1（2、1）→B1-11。（2）摄影时高压变压器初级电路：摄影高压接触器JC3工作，其常开触点闭合，接通摄影高压初级电路，B2得电，得电电路为：

B1-12→JC3（1、2）→V2→B2→V1→JC3（6、5）[瞬间先经R1→JC3（4、3）]→RD1→B1-A4（0V）。（3）摄影千伏预示电路：毫安选择器XK1—100置于30mA～200mA任一档，管电压表预示千伏值，其电路为：

B1-12→R17（R18、R19、R20）→XK1-100→kV表→B1-A4（0V）。（4）空间电荷抵偿变压器B10初级电路：开机后，B10得电，输入电压随管电压增加而变大，其电路为：

50V（B1-A5）→B10→B1-12。（三）XG-200型X线机高压初级电路

1．电路结构

图5-15是XG-200型X线机高压初级电路。该电路主要有：

1)毫安选择器MSA的按钮B13~B18

2)千伏补偿电阻R1~R6

3)电源补偿电阻R7

4)透视高压接触器TC的和摄影高压接触器SC

5)高压变压器初级线圈GYB1

6)空间电荷抵偿变压器初级线圈KHB

7)管电压补偿装置等组成。该电路透视千伏与摄影千伏，用同一只kV表预示，由按钮TA切换。图5-15XG-200型X线机高压初级与管电压预示电路2．电路分析（1）透视高压变压器初级得电电路：透视高压接触器TC得电，其常开触点TC1、TC2、TC3闭合，GYB1得电电路为：

ZOB→023→TRD→TC2（瞬间先经TTR→TC1）→031→P1→GYB1→032→P2→TC3→026→透视管电压调节炭轮→ZOB6（2）摄影高压变压器初级得电电路：摄影高压接触器SC得电，其常开触点SC1、SC2、SC3闭合，GYB1得电电路为：

ZOB→023→SC2（瞬间先经STR→SC1）→031→P1→GYB1→032→P2→SC3→028→摄影管电压调节炭轮→ZOB6（3）透视管电压预示电路：按下按钮TA，接通透视管电压预示电路，kV表预示透视管电压

ZOB→023→kV表→030→TA按钮（常开）→026→透视管电压调节炭轮→ZOB6（4）摄影管电压预示电路：松开按钮TA，其常开触点切断透视管电压预示电路，其常闭触点接通摄影管电压预示电路，则kV表指示摄影管电压

ZOB→023→kV表→TA按钮（常闭）→MSA→50mA~200mA→R5~R1→R7→R8→028→摄影管电压调节炭轮→ZOB6。第三节

高压次级与管电流测量电路

高压变压器次级及管电流测量电路由高压变压器、高压整流元件、高压电缆、X线管和毫安表等组成。它的作用是为X线管提供管电压和对管电流进行测量，电路的结构形式有半波自整流、单相全波整流和三相全波整流。小型X线机多采用结构简单的半波自整流电路，中型X线机多采用单相全波整流电路，大型X线机全部采用三相全波整流电路。一、半波自整流X线机高压变压器次级及管电流测量电路

图5-16半波自整流高压变压器次级电路

图5-16是半波自整流高压变压器次级电路，其原理是：当X线管阳极处于交流电的正半周，X线管内有管电流流过，发生X线；当X线管阴极处于交流电的正半周，X线管内无管电流流过，无X线发生。这样X线管不仅发生X线，同时也起整流的作用，这种电路称为自整流电路。该电路中，流过X线管和高压变压器次级电流是同一脉动直流，因此，用一只毫安表串接在高压变压器次级两个中心抽头之间，即可直接指示管电流的值。为了防止因为电流表损坏导致中心点电位升高，产生危险，常在电流表两端并联一只电容器C。一旦中心点电位升高，电容器被击穿导通，保证安全。该结构的缺陷：1）X线管在交流电的工作状态下，电压峰值较高，产热率高。2）同时由于是自整流，X线管两端承受逆电压，导致阳极过热而损坏X线管。以下是F30型X线机高压次级及管电流测量电路。主要由高压变压器B2、灯丝加热变压器B3、mA表、X线管等组成。高压变压器B2、灯丝加热变压器B3与X线管同装在组合机头内。

图5-17F30型X线机高压次级及管电流测量电路当X线管阳极为正时，X线管发生X线的电路为：

B2→X线管阳极→X线管阴极→M→Zu7④→Zu6④→毫安表→Zu6⑤→Zu5⑤→接地→B2当X线管阴极为正电位时，X线管内无电流通过，不发生X线。二、单相全波整流X线机高压次级及管电流测量电路（一）原理高压变压器次级电压经整流后加至X线管两端，如图5-18所示。其整流原理是：当高压变压器次级A端为正，B端为负，其电流走向为：

T2（A）→K4→X线管阳极→X线管阴极→K1→T2（B）当高压变压器次级B端为正，A端为负，其电流走向为：

T2（B）→K3→X线管阳极→X线管阴极→K2→T2（A）这样交流电的正负半周都有X线产生，既增加了X线输出量，又提高了X线管的使用效率。图5-18全波整流高压变压器次级电路及波形

在这种高压整流方式中，流过X线管的电流是脉动直流，而流过高压变器次级中心点的电流却是交流电，因此不能直接串入直流毫安表来测量，而应当用交流毫安表来测量。但交流毫安表读数准确性较差，故将交流电流经全波整流后再用直流毫安表来测量管电流，这时直流毫安表指示的是管电流的平均值。如图5-19所示。

图5-19全波整流管电流测量电路（二）电容电流

高压变压器次级线圈匝与匝之间，层与层之间，线圈与地之间都存在着电容，一般可达到200~500pF。高压电缆的心线与外层接地网之间也存在着分布电容，一般每米可达150~200pF。当电路中通以交流高压时，对这些电容充放电，从而形成电容电流。管电压越高，电容电流越大，一般可达到几个毫安。

电容电流是交流电，在自整流或半波整流电路中测量管电流的电流表是直流表，故电容电流对测量管电流无影响。全波整流电路中的毫安表有整流装置，因此交流性质的电容电流也经整流后一起进入毫安表。

摄影时，几个毫安的电容电流对几十毫安甚至几百毫安以上摄影电流影响不大。透视时，电容电流对管电流影响非常大，因此透视管电流测量电路中都设置电容电流抵偿电路，以消除电容电流对透视管电流的影响。常见的抵偿方式有两种：变压器抵偿电容电流法和分流电阻补偿电容电流法。（三）变压器抵偿电容电流法变压器抵偿电容电流法是在高压变压器次级绕组上绕制一个独立的、匝数不多的附加绕组。

图5-20变压器抵偿电容电流电路

附加绕组产生的抵偿电流与电容电流大小相等，方向相反，而且随管电压的变化而变化，达到补偿的目的。图中抵偿线圈上并联一只电阻R9，R9上的电压经D5整流后加于毫安表0~250mA回路，方向始终与电容电流相反，达到抵偿的目的。调节R9的抽头，就可以改变抵偿电流值，使之与电容电流尽量接近。

透视时，透视高压接触器JC1工作，其常开触点闭合，接入电容电流抵偿回路；摄影时，透视高压接触器JC1不得电，其常开触点切断电容电流抵偿回路。

图5-21是F30-ⅡF型X线机高压次级及管电流测量电路，该机利用变压器抵偿电容电流法。

1．电路结构

1)四只高压硅堆D51~D54组成桥式整流电路

2)D1~D4为低压桥式整流器

3)G8为辉光放电保护管

4)R9和D5组成电容电流抵偿器5)B3、B4为大小焦点灯丝加热变压器次级绕组。

图5-