第四节 X线机基本电路
常规X线机电路结构简单、工作原理和电路逻辑容易理解，是学习其它X线设备的基础。X线机单元电路是指从X线机整机电路中分离出来的、具有特定功能或相对独立性的电路。目前，临床诊断用的X线机种类繁多，规格不一，但各单元电路的逻辑结构和工作原理基本相同。本章将重点阐述常规X线机各单元电路的基本结构和工作原理，讨论各单元电路的逻辑控制关系和分析思路。
一、对电路的基本要求
X线机由X线发生装置(主机装置)和外围装置两大部分组成。X线机的电路包括主机装置电路和外围装置电路。这些电路主要以实现透视和摄影过程中，管电压(kV)、管电流(mA)、曝光时间(s)三大参量的调控以及方便X线检查为主要任务。因此，X线机的电路应满足下列基本要求：①能给X线管提供一个可以在一定范围内调节的管电压，使X线管灯丝发射的电子能以很高的速度撞击阳极靶面而产生X线，达到调控X线质的目的；②能给X线管灯丝提供一个可以在一定范围内调节的加热电压，以改变管电流，达到调控X线量的目的；③使供给X线管的管电压和灯丝加热电压在选定的时间内接通和切断，以准确控制X线的发生时间。此外，为保证X线管安全地工作，还必须有相应的保护电路等。
（一）电路组成
X线机的主机装置电路包括电源电路、X线管灯丝加热电路、高压发生电路和控制电路四大单元电路，它们与外围装置电路一起构成X线机的整机电路。这些电路之间，既因其作用不同而有各自的独立性，又因其内在联系而有相互制约性，任一单元电路发生故障，都将影响X线机的正常工作。图3-1是各单元电路的逻辑关系图。
1.电源电路
电源电路的作用是为X线机各单元电路提供所需的电源。外电源经电源开关、熔断器后，接入X线机内部，再经电源电路，将单一数值的电源电压变换为多种数值或者可以调节的电源电压输出，以满足各单元电路的需要。
2.X线管灯丝加热电路
X线管灯丝加热电路是指为X线管灯丝提供加热电源的电路。它包括灯丝变压器初级电路(简称灯丝初级电路，亦称管电流调节电路)和灯丝变压器次级电路(简称灯丝次级电路)。该电路主要由稳压器、管电流调节电路、空间电荷补偿电路、X线管灯丝变压器等组成。
3.高压发生电路
高压发生电路是指为X线管提供直流高压的电路。它包括高压变压器初级电路(简称高压初级电路，亦称管电压调节电路)和高压变压器次级电路(简称高压次级电路)。该电路主要由管电压的调节、补偿、控制电路，以及高压变压器、高压整流电路、管电流测量电路等组成。
4.控制电路
控制电路是指控制X线产生和停止，以及与此相关的各种电路。它是X线机各单元电路中使用元件最多，电路结构最复杂、逻辑关系最严密的电路。虽然不同的X线机控制电路差异很大，但都包括X线管容量保护电路、旋转阳极启动及延时保护电路、操作控制电路等。
图3-1 X线机各单元电路的逻辑关系图
5.外围装置电路
外围装置电路是指X线机中各外围装置的相关电路。由于各X线机外围装置有多有少，结构也不尽相同，因此其电路差别较大。通常多指电动诊视床电路、管头支持装置电路，以及大型X线机所配的I.I、X-TV、快速换片机、高压注射器等组件的电路。
二、电源电路
常规X线机的电源电路主要由电源接触器、电源保险、电源接触器、自耦变压器、电源电压调节器、指示仪表等，其主要作用是将380V或220V的外电源引入控制台内的自耦变压器输入端，通过电压变换，为X线机各单元电路提供所需电压的电源。
（一）自耦变压器
自耦变压器是常规X线机电源电路的主要部件，其作用是将单一输入电压，如380V或220V，变换为数值不同的或者可以调节的输出电压，以满足X线机各单元电路对电源电压的不同需求。
1.调压方式
自耦变压器的调压方式有滑动调压式和抽头调压式两种，两种调压方式所对应的自耦变压器结构略有不同。
（1）滑动调压式自耦变压器 它的绕组分里层和外层两部分。里层有抽头，以做电源电压选择和输出电压的一端。在外层绕组上除去绝缘介质露出裸线面，并将裸线面磨平，但绕组间仍保持绝缘。将碳刷或碳轮与裸线面紧密接触，碳刷或碳轮上端多装有弹簧或弹片，以保证接触良好，减小接触电阻。通过机械或电动驱动装置，使碳轮或碳刷在裸线面上滑动，改变初次级匝数比，从而取得不同数值的输出电压，其调节方式如图3-2所示。此种自耦变压器具有调压连续均匀和接触电弧小的优点，故广泛用于中、大型常规X线机中。
图3-2 滑动调压式自耦变压器
（2）抽头调压式自耦变压器 它的结构是在铁心上装有一个或两个串联的绕组，在绕组中每隔一定匝数引出一个抽头。由于抽头间的匝数不同，其电压值也不同。引出的抽头接在标有电压数值的接线板上，也可直接连于电路中的某些电器元件。使用时，用导线将接线板上各抽头接到电压选择开关上，以便对电压进行选择和调节，如图3-3所示。此种调节方法的自耦变压器，因调节简单，故小型X线机多采用，因其接点允许通过较大电流，故大型X线机也有采用这种形式的。
图3-3 抽头调压式自耦变压器
2.电源电压的选择
X线机供电电源有220V和380V两种。小型X线机多采用220V供电，而中型X线机多设计成既适用于220V供电，又适用于380V供电。在安装中，一旦确认哪一种电源电压供电后，则X线机自耦变压器的电源输入电路，必须作相应的改动。如图3-4所示，L1~L3为供电电源输入端，RD为电源保险，JLC为电源接触器，R0为电源补偿电阻。自耦变压器上有0V和70V两个接线端，可以选择不同供电电压的电源。当选用380V供电时，L1、L2接相线，L3接中线，019与自耦变压器的0V相接；当选用220V供电时，L1接相线，L2接中线，L3与L2短接，019应与自耦变压器的70V相接。
图3-4 电源电压的选择
在实际工作中，供电电源电压会随供电线路负荷的变化而发生相应的电压波动。为此在自耦变压器的输入端都设有电源电压调节器，即图中的014所连接的电源电压调节碳轮，当外界供电电源电压波动时随时进行调整。
在自耦变压器的设计中，输出端有很多额定电压输出值的固定抽头，各轴头的电压值，遵守变压器变压比的规律。因此，当外界电源电压波动时，只要调节014所接的电源电压调节碳轮的位置，改变自耦变压器输入端与输出端的匝数比，其固定抽头输出电压仍能保持额定值输出。
3.电源电阻的匹配
电源电阻是供电变压器内阻和电源导线电阻之和，它是X线机设计中的重要参数，也是X线机能否发挥最大功率的重要条件。X线机在高压未接通前，整个负载电流较小，电压降也很小；当连通高压而产生X线时，负载电流很大，供电电源会产生较大的电压降落。所以，X线机对电源电阻的要求十分严格，在说明书中都有明确规定。但由于每个使用单位供电条件不同，电源电阻也不一样，因此有些X线机在自耦变压器得电回路中特设一可调电阻，即电源补偿电阻，如图3-4中的R0。R0仅在电源电阻小于规定值时才有实际意义，而电源电阻大于规定值时，应将R0短接，此时X线机应降低要求使用。
二、电路举例分析
(一)F30-ⅡF型X线机电源电路
1．电路结构 如图3-5所示，该机供电电源可以是220V，也可以是380V。机器出厂时，是按380V供电方式接线的，即DZ1-3与DZ1-5接相线(相A、相C)，DZ1-4空，DZ1-2接中线(N)或者与DZ1-1短接；若要改为220V供电，DZ1-5接相线(相C)，DZ1-4接中线(N)，DZ1-2与DZ1-4短接，DZ1-3空。
图3-5 F30-ⅡF型X线机电源电路
图中闸刀开关和熔断器RD通常装在机房墙上；B1是自耦变压器；B1-10是电源电压调节碳轮；AN1和AN2分别为开机(通)和关机(断)按钮；JC0为电源接触器；LV为电源电压表。
2．电路分析 以380V供电方式为例。
(1)按下开机按钮AN1，电源接触器JC0线圈得电，其电路如下：
DZ1-1→DZ1-2→AN2→AN1→JC0(线圈)→DZ1-5。
(2)电源接触器JC0工作后，其线圈得电电路通过JC0(11/12)触点自锁，使AN1松开后JC0线圈仍然维持得电状态。JC0线圈自锁电路如下：
DZ1-1→DZ1-2→AN2→JC0(11/12)→JC0(线圈)→DZ1-5。
(3)电源接触器JC0工作后，JC0(1/2)、JC0(3/4)、JC0(5/6)触点闭合，自耦变压器B1得电，其电路如下：
DZ1-3→JC0(1/2)→B1→B1-10→JC0(5/6)→DZ1-5。
(4)自耦变压器B1得电后，电源电压表LV有指示，此时应调节电源电压调节碳轮B1-10，使LV表指示到三角形标记处。LV表的得电电路如下：
B1-A4→LV表→B1-A7。
按下关机按钮AN2，JC0线圈失电，各常开触点断开，自耦变压器B1失电，机器停止工作，完成关机。
(二)XG-200型X线机电源电路
1．电路结构 如图3-6所示，该机供电电源可以是220V，也可以是380V。在出厂时，控制台内的电源线已接在380V上，若改接220V，应将019与023相接，002与003相接，注意001只能接相线；HQA与HTA分别为开机(通)按钮和关机(断)按钮，此两按钮装于点片架左侧，KQA与KTA也为开、关机按钮，装于控制台台面上；014所接碳轮为电源电压调节碳轮；JLC为电源接触器；ZOB为自耦变压器，由多个绕组串联而成，ZOB6为外层绕组。
图3-6 XG-200型X线机电源电路
2．电路分析 以380V供电为例。
(1)按下开机按钮KQA(或HQA)，电源接触器JLC线圈得电，其电路如下：
相→001→1RD→KQA(或HQA)→HTA→KTA→JLC(线圈)→003→中。
(2)接触器JLC工作后，触点JLC3闭合，JLC线圈自锁电路接通，其电路如下：
相→001→1RD→JLC3→HTA→KTA→JLC(线圈)→003→中。
(3)接触器JLC工作后，触点JLC1、JLC2闭合，自耦变压器ZOB得电，其电路如下：
相→001→1RD→011→JLC1→019→0V(380V)→ZOB1→ZOB2→ZOB6→014碳轮→JLC2→012→2RD→002→相。
关机时，按下关机按钮KTA(或HTA)，接触器JLC线圈失电，JLC所有常开触点断开，自耦变压器ZOB失电，X线机停止工作，完成关机。
三、 灯丝加热电路
X线管灯丝加热电压由X线管灯丝变压器(降压变压器)供给，故X线管灯丝加热电路分为灯丝初级电路和灯丝次级电路。在灯丝初级电路中，需实现管电流的调节，因此，灯丝初级电路亦称管电流调节电路，或者mA调节电路。由于灯丝次级电路结构简单，又无需调整，故在此不单独介绍。本节仅阐述灯丝初级电路。
（一）管电流的调节
当曝光时间一定时，X线量由管电流的大小决定；而管电流的大小取决于灯丝在单位时间内发射的电子数，这一电子数是由灯丝温度决定的，灯丝温度越高，灯丝单位时间内发射的电子数越多；灯丝温度由灯丝加热电压决定。这一关系流程是：灯丝加热电压Uf↑→灯丝温度↑→灯丝单位时间内发射的电子数量↑→管电流Ia↑→X线量↑。
由此可知，管电流的调节可通过改变灯丝加热电压来实现。在常规X线机实际电路中，多采用在灯丝初级电路中串联可变电阻来调节管电流。电阻增大，其电压降增大，灯丝初级电压降低，灯丝加热电压降低，灯丝温度随之降低，管电流减小。反之，管电流增大。
1.透视管电流的调节
透视时，管电流小，一般为几毫安，最大限定为5mA，要求在曝光时能连续调节。所以，在电路中用一个半可调电阻和一个线绕电位器串连，组成透视管电流调节电路，图3-7所示。半可调电阻R1限定最大管电流，电位器R2连续调节透视管电流。电位器R2的调节旋钮置于控制台台面上，称透视管电流(mA)调节器。其调节原理是：旋动调节旋钮→R2阻值改变→灯丝变压器B初级电压改变→次级电压改变→灯丝加热电压改变→灯丝温度改变→灯丝单位时间内发射电子数改变→管电流改变。
图3-7 透视管电流的调节
2.摄影管电流的选择
与透视不同，摄影时管电流很大，从几十到数百或数千毫安，且曝光时不能调节。因此，在电路设计上采用分档定值的方法，对管电流进行调节和选择。其具体做法是：在灯丝初级电路中，串联一个或几个有很多抽头的可调电阻，如图3-8所示。并利用装在控制台台面上的转换开关或一组琴键开关进行选择，其毫安值就标在台面上，并与转换开关各档或琴键开关各按键相对应，以作摄影管电流预示。转换开关或琴键开关称为摄影毫安(管电流)选择器。摄影时，只要将毫安选择器置于所需毫安值即可。其调节原理是：调节毫安调节器XK→R阻值改变→灯丝变压器B初级电压改变→次级电压改变→灯丝加热电压改变→灯丝温度改变→灯丝单位时间内发射电子数改变→管电流改变。
图3-8 摄影管电流的选择
3.管电流的稳定
在X线机中，影响管电流稳定的主要因素有两个：①电源电压的波动；②空间电荷效应。X线机在使用大管电流时，灯丝加热电压接近极限值，灯丝发射特性曲线处于“垂直”段，灯丝加热电压只要有很小变化就会引起大的灯丝发射率变化，将严重影响管电流的稳定性。因此，中、大型X线机对灯丝加热电压的稳定有严格的要求，一般在灯丝初级电路中都设有稳压装置，常规X线机常采用谐振式磁饱和稳压器。
当X线管灯丝加热到一定温度时，即在灯丝加热电压一定时，管电流应该是稳定不变的。但由于空间电荷效应，管电流会随管电压的升高而略有增大，致使管电压和管电流不能严格的分开调节。为解决这一问题，在X线机中常设有空间电荷补偿装置。
在现代大型X线机中，由于采用了单钮制控制、自动曝光、自动降落负载等自动控制系统，灯丝加热电路有了新的突破。比如，在XHD150B-10型X线机中，是利用正弦交流电的中心矩形分量的幅度来改变管电流，省去了交流稳压器；在逆变X线机灯丝加热电路中，采用直流逆变技术，对不同的管电压和管电流，规定了不同的触发频率，以提高X线输出的稳定程度。
（二）谐振式磁饱和稳压器
常规X线机常用谐振式磁饱和稳压器来稳定灯丝加热电压，防止因电源电压的波动而影响管电流的稳定。这种稳压器的主要部分是一个饱和变压器，它的铁心截面与一般变压器不同，初级绕组铁心截面积大，称非饱和铁心；次级绕组铁心截面积小，称饱和铁心。它的基本原理是利用铁心磁化曲线的非线性特点而制成的，如图3-9所示。在电源电压很低时，这个变压器和普通变压器相同，是按绕组匝数的比例把电压升高或降低。随着电源电压的升高，铁心内磁通增加。当次级绕组铁心达到饱和时，若电源电压再升高，饱和铁心中增加的磁通只能漏到空气中而不再增加，次级绕组的输出电压不再按比例上升，故起到稳压作用。
图3-9 简单的磁饱和稳压器
上述磁饱和稳压器很不完善的，它的稳压精度不高，稳压范围不大，且需要较大的磁化电流。为此，需在非饱和铁心上加一补偿绕组L3，在饱和铁心上加由L4和电容器C组成的谐振回路，这样就构成了应用较多的谐振式磁饱和稳压器。其结构和电路如图3-10、3-11所示。图中L1为未饱和绕组；L2为饱和绕组；L3为补偿绕组。L3匝数不多但可调，且与L2反向串联。当电源电压发生变化时，在未饱和绕组L1上引起较大的电压变化，而L2因是饱和绕组，其电压变化很小；L3因匝数很少，其电压变化也很小。如果调整L3的匝数适当，使其电压变化量与L2的电压变化量相等或相接近，就会使稳压性能进一步提高。L4的匝数也是可调的，且与电容器C构成谐振电路。当电源频率与LC振荡频率相等时，电路发生谐振。因谐振电流很大，使饱和铁心很快达到饱和状态，从而减小了取自电源的磁化电流，减小了电能的损耗，提高了稳压器的效率。
图3-10 谐振式磁饱和稳压器原理图
图3-11 谐振式磁饱和稳压器电路图
谐振式磁饱和稳压器稳压性能很好，当电源电压在170V~240V范围内变化时，其输出电压的波动不超过±1%，即稳定度能达到±1%，但它对电源频率的变化十分敏感，在使用时必须使电源频率与稳压器谐振频率相符，否则输出电压会随电源频率的波动而变化。
（三）空间电荷补偿装置
X线机需要设置空间电荷补偿装置，以补偿空间电荷效应对管电流的影响。空间电荷补偿的原理是：在升高管电压的同时，适当地降低灯丝加热电压，使管电流降低。如果管电流降低的数值正好等于或接近于因空间电荷效应的影响而使管电流增大的数值，此时管电流就会保持不变，实现管电流不随管电压而变化的目的。
常规X线机常采用空间电荷补偿变压器来补偿空间电荷效应的影响，该变压器的初级连接在高压初级电路中；次级串联于灯丝初级电路中，串联的方式有正相串联和反相串联。串联方式不同，其初级在高压初级的连接方式也不一样。
1.次级正相串联
采用这种连接方式时，空间电荷补偿变压器次级电压相位与稳压器输出电压相位相同。如图3-12所示，在电路连接上，补偿变压器初级一端连于管电压调节碳轮端，另一端接于自耦变压器绕组末端，即图中B1的下端，使补偿变压器初级电压随管电压的升高而降低。其补偿过程是：管电压↑→补偿变压器初级电压↓→补偿变压器次级电压↓→灯丝变压器初级电压↓→灯丝加热电压↓。如F78-Ⅱ型、F78-ⅢA型等X线机就采用该连接方式。
图3-12 空间电荷补偿变压器次级正相串连
2.次级反相串联
采用这种连接方式时，空间电荷补偿变压器次级电压相位与稳压器输出电压相位相反。如图3-13所示，空间电荷补偿变压器初级直接与高压初级并联，管电压升高，补偿变压器初级电压也升高。其补偿过程是：管电压↑→补偿变压器初级电压↑→补偿变压器次级电压↑→灯丝变压器初级电压↓→灯丝加热电压↓。这种连接方式应用最广泛，如XG-200型、F30-ⅡF型、FY51-3型等X线机就采用该连接方式。
图3-13 空间电荷补偿变压器次级反相串连
由于空间电荷效应对管电流的影响程度还与管电流本身的大小有关，管电流越大，空间电荷对管电流的影响程度越大。因此，空间电荷补偿变压器次级设计有很多抽头，这些抽头与管电流选择器相连接。当选择的管电流越大时，串接的补偿变压器次级匝数越多，空间电荷补偿的量就越大。
（四）电路举例分析
1.F30-ⅡF型X线机灯丝初级电路
（1）电路结构 目前中、大型X线机都选用双焦点旋转阳极X线管，由于大、小焦点的功率不同，在电路设计上采用两个灯丝变压器，分别给大、小焦点灯丝供电。
图3-14是F30-ⅡF型X线机灯丝初级电路。图中B11为谐振式磁饱和稳压器；B4、B3分别为大、小焦点灯丝加热变压器；B10为空间电荷补偿变压器；R3为透视管电流调节电阻；R6为透视最大管电流限定电阻；R7、R8为摄影管电流调节电阻，XK1为摄影管电流选择器；JC2为摄影预备继电器；JC4为点片预备继电器。
图3-14 F30-ⅡF型X线机灯丝初级电路
该机默认状态为透视，开机后，稳压器B11输出电压经R3、R6、R7，加于小焦点灯丝变压器B3的初级，小焦点灯丝加热。调节R3，可改变透视管电流的大小。摄影时，小焦点30mA通过电阻R7调整，其余四档为大焦点50mA、100mA、150mA、200mA通过电阻R8调整。
虽然该机摄影管电流不大，空间电荷对管电流影响程度的变化较小，空间电荷补偿变压器次级匝数仍然与管电流选择器联动，以提高管电流的稳定性。因透视时管电流很小，空间电荷效应对管电流的影响可忽略不计，故透视时没有进行空间电荷补偿。
（2）电路分析 开机后稳压器B11得电工作，为灯丝初级电路提供稳定的工作电压。
①透视时，JC2和JC4都不工作，小焦点灯丝变压器B3初级得电，其电路是：
B11(出)→DZ2-3→DZ7-F0→B3→DZ7-F1→DZ2-4→R7→R6→R3→JC2(21/22)→JC4(23/24)→ B11(公)。
②点片摄影时，XK1置点片摄影所需管电流档(一般选择大焦点)，拉动送片手柄送片，JC4工作，JC4(23/24)断开，JC4(11/12)闭合，灯丝初级电路由透视状态切换至点片摄影状态。选择大焦点管电流档时，大焦点灯丝变压器B4初级得电，其电路是：
B1l(出)→DZ2-3→DZ7-F0→B4→DZ7-F2→DZ2-5→R8→305(或302~304)→XKl-300→XKl-400→405(或402~404)→B10→JC4(11/12)→B1l(公)。
③其它摄影时，按下手闸，JC2工作，灯丝初级电路由默认的透视状态切换至摄影状态，在阳极启动及1.2s延时期间，X线管灯丝加热，并达到正常温度。
1)如果是小焦点摄影，XK1应置于小焦点30mA档，此时小焦点灯丝变压器B3初级得电，其电路是：
B1l(出)→DZ2-3→DZ7-F0→B3→DZ7-F1→DZ2-4→R7→301→XKl-300→XKl-400→401→B10→JC2(11/12)→B1l(公)。
2)如果是大焦点摄影，XK1应置于大焦点50~200mA档，此时大焦点灯丝变压器B4初级得电，其电路是：
B1l(出)→DZ2-3→DZ7-F0→B4→DZ7-F2→DZ2-5→R8→305(或302~304)→XKl-300→XKl-400→405(或402~404)→B10→JC2(11/12)→B1l(公)。
其它摄影包括普通摄影、滤线器摄影和体层摄影。
2.XG-200型X线机灯丝初级电路
（1）电路结构 图3-15是XG-200型X线机灯丝初级电路。电路中，WY为谐振式磁饱和稳压器；KHB2、KHB3为空间电荷补偿变压器次级绕组；MSA为管电流选择器；GSA为技术选择开关；DJB1、XJB1分别为大、小焦点灯丝加热变压器初级绕组。
图3-15 XG-200型X线机灯丝初级电路
1WJ1、1WJ2为点片摄影预备继电器WJ的触点，1WJ1在点片摄影时切断小焦点灯丝初级电路，1WJ2接通大焦点100mA档的灯丝初级电路，达到自动切换的目的；SCR为摄影毫安调节电阻；TDR、TW为透视毫安调节电阻，TDR用于限定透视最大毫安值；TR为训练X线管时外加电阻。
虽然该机管电流不大，空间电荷对管电流影响程度的变化较小，透视和摄影时，空间电荷补偿变压器次级匝数仍然与管电流选择器联动，以提高管电流的稳定性。
（2）电路分析
①需要床下X线管透视和点片摄影，应按下技术选择开关GSA1。
1)透视时，MSA(2~5mA)按下，继电器WJ不工作，小焦点灯丝加热变压器初级XJB1得电，其电路是：
WY(公)→GSA1→155→TDR→TW→151→MSA(2~5mA)→171→KHB3→173→1WJ1(常闭)→179(F2)→XJB1→142(F0)→WY(出)。
2)点片摄影时，继电器WJ工作，灯丝初级电路由透视状态切换到100mA点片摄影状态，大焦点灯丝加热变压器初级DJB1得电，其电路是：
WY(公)→W(100mA)→159→SCR→157→1WJ2(常开)→169→163→KHB2→177(F1)→DJB1→142(F0)→WY(出)。
②需要床上X线管普通摄影、滤线器摄影或体层摄影时，应依据需要按下技术选择开关GSA2~5中相应按钮。
1)小焦点摄影时，应按下MSA小焦点100mA按钮，小焦点灯丝加热变压器初级XJB1得电，其电路是：
WY(公)→GSA2－5→159→SCR→147→MSA(100mA小)→165→KHB3→173→1WJ1(常闭)→179(F2)→XJB1→142(F0)→WY(出)。
2)大焦点摄影时，应按下MSA大焦点50mA~200mA中的某按钮，大焦点灯丝加热变压器初级DJB1得电，其电路是：
WY(公)→GSA2－5→159→SCR(149、145、143、141)→MSA(50~200mA)→(167、163、161、137)→KHB2→177(F1)→DJB1→142(F0)→WY(出)。
四、高压初级电路
高压初级电路是指为高压变压器提供输入电源的电路。当高压变压器初级有输入电压时，次级即产生高压，并加于X线管两极。逆变X线机高压电源采用直流逆变技术，其高压初级电路结构复杂，与工频X线机差异很大。本节主要讨论常规X线机的高压初级电路，它主要包括管电压调节、管电压控制、管电压预示与补偿电路。有些X线机还设有主可控硅保护电路等。
（一）管电压调节
X线的质(硬度)取决于管电压的大小，调节管电压就能有效控制X线的质。由于人体各部位组织密度、厚度的差异很大，这就要求管电压具有很宽的调节范围，以满足从手指关节至腹部盆腔等各部位对X线的质的不同要求。小型X线机管电压调节范围一般为30~90kV，中、大型X线机通常为30~150kV。
在逆变X线机中，由于采用直流逆变技术，它可以通过改变高压初级电流占空比或频率来调节管电压；而常规X线机，通常是通过逐级调节自耦变压器的输出电压，并将其馈送至高压变压器初级绕组，使次级绕组产生可调控的管电压。它是根据变压器的工作原理进行的，若变压器初级绕组匝数为N1，初级电压为U1，次级绕组匝数为N2，次级电压为U2，则有
根据这一关系，管电压调节有三种基本方法：①N1、N2不变，调U1，即调高压变压器初级电压。②N2、U1不变，调N1，即调高压变压器初级匝数；③N1、U1不变，调N2，即调高压变压器次级匝数。第②、③种方法因会增加高压变压器体积和加工工艺，并使绝缘难度增大，因此很少采用。只有少数X线机采用第②种方法，如匈牙利生产的EDR-750B型X线机，它是采用数控电路来选择高压变压器初级绕组匝数的。而第①种方法对高压变压器没有结构上的特殊要求，电路结构简单，容易实现，因此被广泛使用。
通过调节高压变压器初级电压来调节管电压，在电路实现上通常采用下列两种方式。
1.抽头分档式
抽头分档式的电路原理如图3-16所示。B1为抽头调压式的自耦变压器；JC3(1/2)、JC3(3/4)为高压接触器常开触点，控制高压变压器B2初级电路的连通与切断；K1和K2为管电压调节器，K1各抽头间的电压值差别较大，一般为10~20V，称为粗调；K2各抽头间的电压值差别较小，一般为2~4V，称为细调，联合调节K1与K2，可改变高压变压器B2初级输入电压，从而使次级产生不同数值的管电压。
图3-16 抽头分档式管电压调节
这种调节方式结构比较简单，但获得的管电压值是断续的，不能完全满足工作中对摄影管电压微小变化的需要，主要用在小型X线机中。
2.碳轮连续式
碳轮连续式的电路原理如图3-17所示。B1为滑动调压式的自耦变压器；JC3(1/2)、JC3(3/4)为高压接触器常开触点，控制高压变压器B2初级电路的连通与切断；B1-12为管电压调节碳轮，碳轮在自耦变压器B1外层绕组的裸露面上滑动，从而改变高压变压器B2初级输入电压，使次级产生不同数值的管电压。这种方式调节细微，管电压几乎是连续变化的，所以为大多数中、大型X线机所采用，如F30-ⅡF型、XG-200型、F78-ⅢA型等国产X线机。碳轮B1-12的驱动方式，在结构上有手动和电动之分。
图3-17 碳轮连续式管电压调节
（1）手动 即碳轮B1-12的驱动通过手工操作完成。它是在控制台面板上设置一管电压调节旋钮，该旋钮在控制台内通过导绳牵引碳轮运动，完成管电压调节。
（2）电动 即碳轮B1-12的驱动由伺服电机完成，通过控制伺服电机的正、反转实现管电压调节。程控X线机大多采用这种方式，操作人员按动控制台面板上的管电压“＋”或“－”轻触键，电路产生相应指令，经处理后控制伺服电机的正、反转，从而驱动碳轮B1-12。
（二）管电压控制
X线产生与停止是通过控制X线管是否加上管电压来实现的。管电压控制可以在高压初级电路中完成，按照使用的控制元件不同，可分为接触器控制和可控硅控制。
1.接触器控制
接触器控制是将接触器的常开触点，串接于高压初级电路中，并使接触器线圈受脚开关或手开关与限时器控制。当接触器线圈得电时，其常开触点闭合，接通高压初级电路。线圈失电时，常开触点断开，切断高压初级电路。
该控制方法，最大的优点是电路结构简单。但因高压初级电路为电感性电路，且工作电流很大，在接触器触点闭合和断开的瞬间，高压次级会产生高于正常电压数倍的过电压，俗称突波。这种突波会造成高压元件击穿，同时在触点间还有较强的电弧产生，电弧温度很高，能使触点熔蚀而损坏。因此，采用接触器控制的高压初级电路，必须采取防突波、灭弧措施。这种防突波、灭弧的原理是：在高压变压器初级得电和失电的瞬间，通过降压电阻，降低其电压数值，从而抑制触点电弧和高压次级的过电压，达到防突波、灭弧目的。
如图3-18所示，B1为自耦变压器；B2为高压变压器；R为防突波、灭弧电阻，阻值一般为3~10Ω，功率25~30W；K为曝光控制开关；JC3为接触器，在此称为高压接触器。JC3触点的动作间隙是可以调整的，在安装到电路前，需缩小JC3(3/4)和JC3(1/2)触点的动作间隙。K闭合，JC3线圈得电工作，常开触点JC3(3/4)、JC3(1/2)因动作间隙小而首先闭合，将电阻R接入电路，瞬间之后，常开触点JC3(5/6)闭合，将R短路。松开K，JC3线圈失电，JC3(5/6)首先断开，电阻R再次被接入电路，瞬间后JC3(3/4)、JC3(1/2)断开，切断高压初级电路。这样，高压初级电路在连通和断开瞬间因串接了降压电阻R，高压变压器初级绕组加上的电压比正常值小，从而抑制了次级的过电压和触点的电弧，起到了防突波、灭弧作用。
图3-18 接触器控制原理
2.可控硅控制
接触器从线圈得电到常开触点闭合有一定的延滞时间，使之不能满足快速摄影的需要。故目前中、大型工频X线机常采用可控硅来控制管电压。可控硅亦称晶闸管，是一种无触点开关元件，它控制敏捷，无噪声，电压降小，能很好地满足快速摄影需要。
图3-19是可控硅控制原理图。图中可控硅SCR1、SCR2反向并联，控制高压初级电路的连通与切断。为防止可控硅因击穿或误导通使曝光失控，电路中设置了预备接触器SC(亦称高压预上闸)，其常开触点SC(1/2)、SC(3/4)在可控硅导通前(约0.8s)闭合，截止后断开。一旦可控硅失控，可控硅不能切断高压初级电路时，由SC常开触点将电路切断。电阻R和电容器C组成阻容保护电路，以抑止可控硅在导通和截止时产生过电压或因电感引起的串联谐振。
图3-19 可控硅控制原理
摄影时，SC先工作，常开触点SC(1/2)、SC(3/4)闭合。此时，因可控硅a、b间和c、d间无触发信号而呈截止状态，故SC(1/2)、SC(3/4)闭合时无电弧发生。稍后，触发脉冲加到a~b和c~d上，可控硅SCR1和SCR2分别在正弦交流电的两个半周内交替触发导通，连通高压初级电路，高压变压器HT初级得电，次级产生高压，开始曝光。曝光结束时，触发信号停止，可控硅在正弦交流电过零点时截止，切断高压初级电路，高压变压器HT初级失电，次级停止产生高压。
要使可控硅SCR1、SCR2在曝光开始时于正弦交流电的零相位附近导通并能维持，必须设计一个能产生连续脉冲的触发电路和与之协调的移相电路，这样才能抑制突波、提高曝光时间的准确性。否则，不但抑制不了突波，而且会使曝光时间有最大10ms的误差。图中的RC移相及电子开关电路，可使曝光时第一个触发脉冲正好在正弦交流电的零点附近产生。
由于电阻R和电容器C的存在，当SC常开触点闭合后，高压变压器初级绕组将有一很小的电流通过，次级会产生感应电压，但该电压一般只有l~2kV，因此对摄影并无影响。
在实际电路中，由于透视和摄影管电压调节范围不同，管电流的大小也相差很大，因此在高压初级电路中，透视和摄影时的管电压是分开控制的。目前中、大型常规X线机，透视一般用接触器控制管电压，摄影常用可控硅控制管电压。
（三）管电压预示与补偿
为了方便X线检查，在进行管电压调节时，其数值应有准确而明显的指示。因此，在电路设计中，必须解决管电压的测量与指示这个复杂问题。由于高压变压器次级输出的电压很高，且曝光时的电压降随管电流的不同而不同，直接测量和精确指示管电压数值有相当大的困难。因此，常规X线机通常采用在高压初级电路中间接预示并加以补偿的方法，使所预示的管电压值与实际加于X线管两极的管电压值相近或一致。
1.管电压预示
管电压预示也称千伏预示。其原理是：在高压变压器空载时，根据初级输入电压与次级输出电压成比例的原理，测量出初级电压的数值，然后再根据变压比计算出对应的次级电压值并予以指示，从而达到在无管电压产生的状态下即可用高压初级电压值，间接指示管电压的目的，故称管电压预示。常用的预示方法有两种。
（1）刻度盘预示法 即根据高压变压器初、次级电压的对应关系，将初级电压所对应的管电压值，标刻在控制台面板管电压调节器的刻度盘上。调节器所指示的管电压预示值，实际上是通过调节相对应的初级电压值而获得的。这种方法精度较低，多用于透视或小型X线机的管电压预示。
（2）仪表预示法 即在控制台面板上增设一交流电压表，其表面的刻度是根据高压变压器初、次级电压的对应关系，将初级电压所对应的管电压值，标在此表的表盘上。通常称该电压表为kV表，它实际是一块低压电压表，有些X线机用一块电压表，兼作电源电压指示和管电压预示就是这个道理。但大多数X线机，为观察方便，还是设两块电压表，分别作电源电压指示和管电压预示。
2.管电压补偿
管电压补偿也称kV补偿。在前述的两种管电压预示法中，其预示值是高压变压器空载时初、次级电压的换算值。X线机在曝光时，由于电源电阻、自耦变压器阻抗和高压变压器阻抗的存在，高压初级电路会产生较大的电压降。若当上述各种阻抗的总和为某一个定值时，该电压降的大小还随管电流而变，管电流越大，电压降也就越大。这样，就使管电压预示值与实际产生的数值偏差很大。为解决这一问题，在高压初级电路中，需设置管电压补偿电路。当使用不同管电流时，使kV表预示的管电压值与实际产生的管电压值相同或相近。
管电压补偿的基本原理是：采用某种方法，根据不同的管电流值，预先增加高压变压器初级的电压，以补偿因产生电压降而使管电压降低的数值。
管电压补偿电路通常有电阻式和变压器式两种结构形式。电阻式补偿电路结构简单、应用最广泛；而变压器式补偿电路结构较复杂，但补偿效果比电阻式好。
图3-20是一种电阻式管电压补偿电路原理图。电阻R1、R2串联组成分压器，其两端的电压随高压变压器B2初级输入电压变化。MSA为管电流调节器(亦称mA选择开关)。MSA置不同的档位代表选择不同的管电流，当MSA置图中所示的档位时，kV表实际测量的电压只是R1、R2分压值的一部分U2，另一部分U1为该管电流时的kV补偿电压值。当MSA选择的管电流越大，kV表两端的电压越低，kV补偿电压值越大。调节R2可适应不同的电源电阻。
图3-20 电阻式管电压补偿电路原理图
在实际电路中，可以把kV表通过管电流选择器与一组不同阻值的电阻串联，当管电流由低向高调节时，kV表串联的电阻也随着由小变大，即kV表的指示数值就可随管电流的增加而降低，这样也可补偿不同的管电流负载时产生的电压降对管电压预示值的影响。
（四）电路举例分析
1.F30-ⅡF型X线机高压初级电路
（1）电路结构 如图3-21所示，图中B2为高压变压器；B1为自耦变压器；JC1(1/2)与JC1(5/6)为透视高压接触器的常开触点；JC3(1/2)、JC3(3/4)和JC3(5/6)为摄影高压接触器常开触点；R1为摄影防突波电阻；R2为透视限流电阻；B10为空间电荷补偿变压器，其初级与摄影高压初级并联；透视和摄影时，管电压分别由碳轮B1-11和B1-12调节。
图3-21 F30-ⅡF型X线机高压初级电路
摄影管电压预示和补偿电路由千伏补偿电阻R17~R20的不同抽头与毫安选择器XK1-100联动后，与kV表串联而成，管电流越大，串接的千伏补偿电阻阻值越大，以补偿曝光时不同的管电流产生不同的电压降。透视管电压由控制台上的刻度盘预示。R10为电源补偿电阻，220V供电时连接，380V时短接。
（2）电路分析
①透视高压初级电路：透视时，透视高压接触器JC1工作，其常开触点JC1(1/2)、JC1(5/6)闭合，接通高压变压器B2初级电路，其工作电路是：
B1-A5(50V)→RD2→R2→JC1(5/6)→DZ1-7→DZ7-V1→B2(初级)→DZ7-V2→DZ1-8→JC1(1/2)→B1-11。
②摄影高压初级电路：摄影时，摄影高压接触器JC3工作，其常开触点JC3(1/2)、JC3(3/4)、JC3(5/6)闭合，接通高压变压器B2初级电路，其工作电路是：
B1-12→JC3(1/2)→DZ1-8→DZ7-V2→B2(初级)→DZ7-V1→DZ1-7→JC3(5/6){瞬间先经R1和JC3(3/4)}→RD1→B1-A4(0V)。
③摄影kV预示电路：摄影时，毫安选择器XK1－100置于30~200mA任一档，串接相应补偿电阻，kV表预示管电压值，其工作电路是：
B1-12→R17(R18、R19、R20)→XK1－100→kV表→B1-A4(0V)。
④空间电荷补偿变压器B10初级电路：开机后，B10初级得电，其输入电压随摄影管电压增大而增大，其工作电路是：B1-A5(50V)→B10(初级)→B1-12。
2.XG-200型X线机高压初级电路
（1）电路结构 如图3-22所示，该电路主要由毫安选择器MSA、千伏补偿电阻R1~R6、电源补偿电阻R7和R8、透视高压接触器TC的常开触点和摄影高压接触器SC的常开触点、高压变压器初级GYB1、空间电荷补偿变压器初级KHB1和防突波电阻TTR及STR等组成。透视与摄影管电压，用同一kV表预示，由按钮TA切换。
图3-22 XG-200型X线机高压初级电路
（2）电路分析
开机后，自耦变压器ZOB得电，电源电压表V有指示，调节014电源电压调节碳轮，使V表指示到三角符号处。
①透视高压器初级电路：透视时，接触器TC工作，常开触点TC1、TC2、TC3闭合，高压变压器初级GYB1得电，其电路是：
ZOB1(70V)→023→TRD→TC2(瞬间先经TTR→TC1)→031(P1)→GYB1→032(P2)→TC3→026→透视kV调节碳轮→ZOB6。
②摄影高压初级电路：摄影时，接触器SC得电，常开触点SC1、SC2、SC3闭合，高压变压器初级GYB1得电，其电路是：
ZOB1(70V)→023→SC2(瞬间先经STR→SC1)→031(P1)→GYB1→032(P2)→SC3→028→摄影kV调节碳轮→ZOB6。
③透视kV预示电路：由于透视管电流很小，电压降也小，因此不需设置kV补偿电路，直接由kV表指示透视时的kV值。TA为透视与摄影kV预示切换按钮，按下TA，接通透视kV预示电路，kV表指示透视管电压，kV表得电电路为：
ZOB1(70V)→023→kV表→030→TA按钮(常开)→026→透视kV调节碳轮→ZOB6。
④摄影管电压预示电路：松开TA，其常开触点切断透视kV预示电路，常闭触点接通摄影kV预示电路，kV表指示摄影管电压，kV表得电电路为：
ZOB1(70V)→023→kV表→030→TA按钮(常闭)→MSA→50mA~200mA→R5~R1→R7→R8→028→摄影kV调节碳轮→ZOB6。
五、高压次级电路
高压次级电路是指由高压变压器次级绕组至X线管两极所构成的回路。该单元电路在小型X线机中，因X线管兼作高压整流元件，所以只有指示管电流值的mA表和安全保护装置。在中、大型X线机中，该电路设有将交流高压整流为直流高压的不同形式的整流电路、用来指示管电流值的管电流测量电路和切换X线管的高压交换闸电路等。
（一）单相全波整流高压次级电路
单相全波整流高压次级电路主要由高压整流电路和管电流测量电路组成。
1.高压整流电路
单相全波整流的主要特点是在交流高压的任一半周，供给X线管的都是正向高压，都能产生X线。如图3-23所示，由四只高压硅整流器G1~G4组成单相全波整流桥，整流桥的两个交流输入端接到高压变压器B2次级输出，两个输出端输出具有正负极性的直流高压供给X线管两极。
图3-23 单相全波整流高压次级电路及波形
由图可见，交流高压整流后，供给X线管一脉动的直流高压，即对交流高压的任一半周，X线管的阳极总是为正，阴极总是为负，均可产生X线。但由于这一脉动直流的脉动率较大，在零点附近(图中Ua波形的虚线下方)管电压很低，此时产生的是无用X线。因此这种整流形式的X线机不适合快速摄影，曝光时间不能小于正弦交流电的半个周期(10ms)。
2.管电流测量电路
在图3-23中，高压次级中心端(M端和接地端)连接由二极管D1~D4和mA表组成的管电流测量电路。由于流过高压次级中心端的电流为交流，而mA表为直流毫安表，因此必须加设mA表整流器(由D1~D4组成的低压整流桥)。为防止因管电流测量电路断路，致使M点电位升高，在电路中连接有放电针F。
在高压次级电路中，高压变压器次级绕组匝与匝之间、层与层之间以及高压电缆芯线与地之间，均可形成电容，这些电容并联起来的容量一般可达数百皮法。当高压发生时，高压次级非接地侧的这些电容与地之间形成电流回路，从而产生电容电流。此电容电流随管电压升高而增大，一般可达数毫安之多，且会馈入mA表，致使mA表指示值大于实际的管电流值。为此，在电路中必须设置电容电流抵偿电路，以消除电容电流对mA表指示数的影响。常用的抵偿方法有电阻抵偿法和变压器抵偿法。
如图3-24所示，电阻抵偿法是在mA表整流器输入端并联一个可调电阻R进行分流，通过调整该电阻阻值，使电容电流恰好被电阻分流，这样mA表的指示数就不包含电容电流了。摄影时，由于管电流大，电容电流相对较小，因此可以不进行电容电流抵偿。在实际电路中，透视转换为摄影时，电路会将分流电阻切断。
图3-24 电容电流及电阻抵偿法原理图
电阻抵偿法是一种固定分流抵偿的方式，而电容电流是随管电压而变化的，其抵偿数值实际上只对某一管电压而言是相对准确的。故有些X线机采用变压器抵偿法，如F30-ⅡF型X线机。如图3-25所示，它是在高压变压器初级绕组侧附加一独立的、匝数不多的附加绕组，该绕组的电压随管电压而变，并为mA表提供一个与管电流流向相反的抵偿电流，使mA表读数降低。调整抵偿电流的大小，使之等于电容电流，这样mA表的指示数就恰好等于管电流的数值。
图3-25 变压器抵偿法原理图
图中，JC1为透视高压接触器；JC3为摄影高压接触器；G8为防电击保护用的放电管。由二极管D5、电阻R9及其两端连接的独立绕组，组成电容电流抵偿电路。透视时，JC1工作，JC1(21/22)触点断开、JC1(3/4)触点闭合，连通电容电流抵偿电路。管电流和电容电流经JC3(23/24)触点从mA表的10流进。抵偿电流流向是：R9分压端→0→mA表→250→JC1(3/4)→D5→R9上端，它是从mA表的0流进的，与管电流和电容电流经过mA表的方向相反，并且抵偿电流随管电压而变，从而达到跟踪抵偿的目的。摄影时，JC3工作，而JC1不工作，不连通电容电流抵偿电路。
（二）倍压整流高压次级电路
图3-26是小型高频X线机常用的一种倍压整流高压次级电路。当高压变压器初级侧输入一交流电压e1，则次级侧感应出一交流高压e2。现假定A端为正、B端为负，对电容器C1充电，其充电电路是：A→D1→R1→C1→D3→E→B。当B端为正、A端为负时，对电容器C2充电，其充电电路是：B→E→D4→R2→C2→D→D2→A。因为电容器C1、C2端电压的极性，对负载(X线管)是串联相加的，充电几个周期后，C、D两端电压为变压器次级侧电压最大值的两倍，即，所以此整流电路称为倍压整流电路。
管电流测量时，直流mA表直接串接于电容器C1、C2经R1、XG(X线管)、R2的放电回路中。
图3-26 倍压整流高压次级电路及波形图
图3-27是某高频X线机高压次级电路。T1、T2为高压变压器，其初级绕组并联与高压逆变电路输出端V1、V2相接；次级采用倍压整流，能产生高达125kV的直流高压。
图3-27 高压次级电路工作原理图
T1次级经V1、V2、C1、C2倍压整流，输出kV+；T2次级经V3、V4、C3、C4倍压整流，输出kV-。
当交流高压处于正半周时，i1通过V1向C1充电，i1'通过V3向C3充电；负半周时，i2通过V2向C2充电，i2'通过V4向C4充电；由于交流高压的频率很高，电容器C1、C2、C3、C4持续不断地快速充电，并通过X线管快速放电，为X线管提供稳定的直流高压。
R2、C6、R5和R4、C5、R6组成阻容分压器。R5为kV+采样电阻，R6为kV-采样电阻，分别通过电压跟随器进行阻抗变换后输出kV+、kV-的采样信号。kV+信号送给微机用于kV检测电路；kV-送至kV调整电路，用于kV闭环自动调整。R39、R40为管电流采样电阻，管电流流经R39、R40时产生的电压降，经放大后作为mA采样信号，送到微机进行mAs积分处理。放电管U1、U2、U3、U4用于防电击保护。
（三）电路举例分析
1.F30-ⅡF型X线机高压次级电路
（1）电路结构 如图3-28所示，由四只高压硅整流器D51~D54组成单相桥式整流电路，高压变压器B2次级输出的交流高压经整流后供给X线管G1；B3、B4分别为小、大焦点灯丝变压器，这里仅示出B3、B4次级绕组，其初级绕组在灯丝初级电路中；D1~D4为低压整流桥，组成mA表整流器；G8为辉光放电管，起防电击保护作用；二极管D5、电阻R9及其两端连接的独立绕组，组成电容电流抵偿电路。
图3-28 F30-ⅡF型X线机高压次级电路
（2）电路分析
①透视高压次级电路：透视时，透视高压接触器JC1工作，高压变压器初级得电，次级产生交流高压，经D51~D54整流后加到X线管两极。以高压变压器B2上端为正时为例，管电流电路是：
B2(上)→D51→G1(X线管)→D53→B2(下)→接地→D2→JC3(23/24)→10→mA表→0→D4→B2(上)。
②电容电流抵偿电路：JC1工作后，JC1(21/22)断开，JC1(3/4)闭合，使抵偿电流以与管电流相反的方向流入mA表，实现电容电流抵偿。其电路是：
R9分压端→0→mA表→250→JC1(3/4)→D5→R9上端。
③摄影高压次级电路：摄影时，JC3工作， JC3(23/24)断开，切断mA表10mA量程，250mA量程仍处于连通状态。同时高压变压器初级得电，次级产生交流高压，经D51~D54整流后加到X线管两极。以高压变压器B2上端为正时为例，管电流电路是：
B2(上)→D51→G1(X线管)→D53→B2(下)→接地→D2→JC1(22/21)→250→mA表→0→D4→B2(上)。
2.XG-200型X线机高压次级电路
（1）电路结构 如图3-29所示， GYB2与GYB3为高压变压器两个次级绕组。DJB2与XJB2分别为X线管大、小焦点灯丝变压器次级绕组，四只高压硅整流器GZ1~GZ4组成单相桥式整流电路，经高压交换闸连于床上管1XG或床下管2XG。高压次级中心端的一端接地，M(411)与地(412)间串联一毫安表整流器Z1。透视时，mA表量程为10mA，且1SFJ2、3WJ2闭合，由电阻DBW组成的电容电流补偿回路被连通；摄影时，mA表量程为200mA，3WJ2、1SFJ2断开，电容电流补偿回路断路，防止分流过大，影响摄影mA值指示。
图3-29 XG-200型X线机高压次级电路
（2）电路分析
①透视时，高压交换闸连通床下管2XG，GYB2、GYB3产生的交流高压经GZ1~GZ4整流后加到2XG两极。电容电流抵偿回路处于连通状态。以GYB2右端为正时为例，管电流电路是：
GYB2右→GZ1→2XG→GZ4→GYB3→412→Z1→401→GSA1→2WJ1(常闭)→407→mA表(10)→mA表(－)→402→Z1→411(M)→GYB2。
②点片摄影时，高压交换闸仍连通床下管2XG。点片预备继电器WJ工作，切断电容电流抵偿回路，mA表量程切换到200mA。管电流电路请自行分析。
③其它摄影时，高压交换闸仍连通床上管1XG。摄影预备继电器SFJ工作，切断电容电流抵偿回路，GSA相应按钮按下，mA表连通200mA量程。以GYB2右端为正时为例，管电流电路是：
GYB2右→GZ1→1XG→GZ4→GYB3→412→Z1→401→GSA2~5→mA表(200)→mA表(－)→402→Z1→411(M)→GYB2。
当管电流测量电路发生断路时，M点对地电位升高，辉光放电管WYG立即起辉导通，以防高压电击的危险。
六、 其他控制电路
为保证X线管在额定条件下正常工作，避免因操作失误或电路出现异常时，使X线管损坏，在X线机电路中，设有多种X线管安全保护电路。如旋转阳极启动及延时保护、X线管容量保护、管头温度保护、过电流保护、冷高压保护等电路。本节主要讨论旋转阳极启动及延时保护电路和X线管容量保护电路。
（一） 限时电路
限时电路的作用是控制曝光时间的长短。小型X线机多采用机械限时器，中、大型X线机常采用电子限时电路。电子限时电路稳定可靠，控时精度高。早期的电子限时电路一般使用电子管、充气稳压管或闸流管等作为控制元件，目前多采用半导体器件。
三钮制X线机，在曝光时间控制方法上主要有：①触点法：将限时电路的控制继电器触点串接在高压接触器线圈的得电电路中，用控制高压接触器的工作时间来控制曝光时间；②无触点法：将可控硅串接在高压初级电路中，限时电路控制产生触发信号时间的长短来控制可控硅的导通时间，从而控制高压初级电路的接通时间，即曝光时间。下面主要介绍电子限时电路。
1.工作原理分析
(1)基本原理
电子限时电路的基本原理是：利用电容器和电阻组成的RC充(放)电电路，在电容器充(放)电过程中，电容器两端电压会发生变化，而变化到一定数值则需要一定的时间，这一时间即为曝光时间。多数机器是利用电容器充电限时的方法进行控制的。
如图3-37所示，合上开关K1(K2断开)直流电源E便通过电阻R1对电容器C充电，电容器两端的电压Uc由零开始逐渐增加，开始增加较快，以后逐渐减慢。待充电到时，充电电流等于零，Uc也就不变了。充电电流在开关K1接通瞬间最大(等于E/R)，随着Uc的上升而逐渐减小，也是开始减小快，以后逐渐减慢。
图3-37 电容充、放电电路及相应变化曲线
电容器充电的快慢与R1C的乘积大小有关，乘积R1C愈大，充电越慢；乘积R1C愈小，充电愈快。充电电压E和电容器C两端的电压有如下关系
若C、E为定值，当Uc为某一设定值时，则t与R1成正比例。
称为充电回路的时间常数，它表示充电到Uc＝0.632E所需的时间。
充电完毕，将K1断开，合上K2，电容器C就会通过电阻R2放电。放电电流开始下降较快，以后逐渐减慢；乘积愈小，放电愈快。放电时间常数为。
可见，要使电容器两端电压改变，是需要时间的，并且电容器C两端的充电电压Uc一般控制在0.632E的线性范围内。当E、C一定时，限时时间t与R1呈正比例。
(2)辉光管限时电路
辉光管限时电路是利用电容器充电到一定的电压值，使辉光管导通，从而接通高灵敏继电器线圈的工作电路，其触点切断高压接触器线圈得电回路。
图3-38是一种辉光管限时电路原理图，图中C为限时电容，R为限时电阻，电容器C的充电时间，即为曝光时间。改变R的阻值，便可获得不同的曝光时间。
图3-38 辉光管限时电路
工作原理：按下手开关SW，摄影高压接触器SC线圈得电，其常开触点SC1闭合，接通高压初级回路，产生高压，曝光开始。同时，SW的另一对接点闭合，直流电源经电阻R对电容器C充电。当C两端电压达到辉光管TB的起辉电压时，TB导通，RL线圈得电，其常闭触点RL1断开，切断SC线圈得电电路，从而切断高压初级电路，曝光结束。改变充电电阻R阻值大小，可以改变电容器C的充电速度，从而达到调控曝光时间的目的。如F30-ⅡB型、F30-ⅡD型X线机就是采用这种辉光管限时电路。
(3)晶体管限时电路
晶体管限时电路是利用电容器充放电来控制晶体管开关元件的通断，以达到控制曝光时间的目的。这种限时器体积小、精度高，多用于中、大型X线机。如图3-39所示，是一种简单的晶体管限时电路。其中：S1是曝光手开关，Ryl是中间继电器，C1是限时电容器，Rx是限时电阻群，UJT是单结晶体管，SCR是可控硅，Ry2是曝光结束继电器，Ry3是高压接触器。
图3-39 一种简单的晶体管限时电路
工作原理：曝光手开关S1闭合，Ryl线圈得电，其触点闭合， Ry3线圈得电，曝光开始，此时因为单结晶体管UJT、可控硅SCR尚未导通，所以Ry2不工作。曝光开始的同时，电容C1通过Rx充电，当C1两端电压达到UJT的峰点电压时，UJT立即导通，并在R1上产生脉冲电压，经R2、D1耦合到SCR的控制极，触发SCR导通，Ry2线圈得电，其触点打开，切断Ry3线圈得电回路，其触点打开，切断高压初级回路，曝光停止。松开S1，Ryl线圈断电，C1通过Ryl的常闭触点和R5形成闭合回路而放电，为下次曝光做准备。曝光时间取决于Rx与C1的乘积，适当选择Rx的值，便可选取所需的曝光时间。图中二极管D1的作用是防止可控硅误触发；二极管D2为续流二极管，防止Ry2线圈在得、失电瞬间产生的感生电动势对UJT、SCR的冲击。
(4)集成限时电路
随着电子技术的不断发展，许多X线机采用了各种集成限时电路。图3-40为JSB-23型集成限时电路。其中：由B6、D4~D7、C4、D8~D9和R14组成整流稳压电源，为执行电路、限时电路和限时保护电路提供稳定的直流电压；由三极管BG、稳压管D10、电阻器R19和R20组成执行电路；由限时电阻R21~R44、限时电容器C6和集成块JEC1等组成限时电路，限时时间共23档(0.04s~6.2s)；由电阻R15~R18、电容器C5和集成块JEC2等组成限时保护电路，限时保护电路对限时电路实行分级保护。限时电路和限时保护电路采用两块集成块和两套RC充电电路构成“与门”驱动继电器，当限时电路失灵，对曝光控制继电器失去控制时，限时保护电路在稍迟一点时间后，使曝光控制继电器线圈失电，常开触点打开，切断高压接触器SC线圈电路，使曝光停止。
图3-40 JSB-23型集成限时电路
工作原理：当按下曝光手闸后一段时间(约0.8s)后，C、D两端有220V交流电压输入，经降压、整流和滤波后获得24V直流电源，因C6和C5未充电，JEC1和JEC2皆处于截止状态，执行电路中的三极管BG因基极有正向偏置而导通，继电器JSB得电工作，常开触点闭合，接通高压接触器SC工作电路，产生高压，曝光开始。同时，继电器JD常闭触点打开，为计时准备。
曝光开始后，24V直流电源分别通过R21~R44、R15~R18向电容器C6、C5充电。当C6两端电压达到一定值时，JEC1导通，使稳压管D10截止，致使BG基极突变为低电位，BG因基极失去偏置而截止，继电器JSB线圈失电，其常开触点释放切断高压接触器SC电路，曝光结束。松开曝光手闸，JD常闭触点闭合，C6释放残余电荷，为下次曝光计时做好准备。
若限时电路失灵，则限时保护电路中的限时电容器C5两端的充电电压，在稍后一点时间使JEC2导通，同样可使三极管BG因失去偏置而截止，继电器线圈JSB失电，其触点切断高压接触器SC电路，使曝光结束，从而起到保护作用。
2.电路举例分析
(1)F30-ⅡF型X线机限时电路
①电路结构 如图3-41所示，该电路主要由限时电路和限时保护电路组成。
自耦变压器B1-A3、B1-A4输出的交流24V，经桥式整流器D10整流和电容器C2滤波后，再经集成稳压器U1稳压，得到稳定的直流电压。
图3-41 F30-ⅡF型X线机限时电路
限时电路由摄影手闸Ⅱ档保护继电器JD8C、执行继电器JD4、限时电阻群RX、充电电容C3、单结晶体管GB6、可控硅BG7、三极管BG5等组成。可选定的时间共23档(0.05s ~6s)。
限时保护电路由限时保护继电器J101、电阻R101~R104、R108及充电电容C103、电平翻转集成模块NE555、三极管BG101、发光二极管BG104等组成。限时保护电路对限时电路分级保护，保护时间为2s、3.5s、6s三档。当限时电路失灵，执行继电器JD4失去控制，由限时保护电路终止曝光。此时，限时保护继电器J101线圈失电，其触点J101(1/7)切断摄影高压接触器JC3线圈得电电路，使曝光停止。
②电路分析 摄影时如在X线管容量范围内，容量保护继电器JD12不工作，其触点JD12(5/7)处于闭合状态。
1)曝光预备：按下手闸Ⅰ档或点片摄影开关K1(1/21)闭合，都能使JC8工作，则JC8(11/12)触点闭合，三极管BG5的基极从R15和R16取分压(此时BG7截止)，BG5得到正向偏置电压而导通，继电器JD4线圈得电，JD4(1/7)触点闭合，为连通JD4线圈自锁回路提供条件，操作控制电路中JD4(2/8)触点也闭合。在JC8工作的同时，JC8(15/16)触点闭合，三极管BG101导通，继电器J101线圈得电，操作控制电路中J101(1/7)触点闭合。摄影时，继电器JC2工作，JC2(15/16)触点闭合；点片时，继电器JC4工作，JC4(13/14)触点闭合，都可使JD4自锁回路连通。JC2(或JC4)工作后，X线管阳极开始启动旋转，延时0.8~1.2s后，延时保护电路中JD7工作，操作控制电路中JD7(2/12)触点闭合，JD7(1/21)触点打开，做好曝光前的预备。
2)限时过程：按手闸Ⅱ档或按点片摄影手开关AN5，JD8B得电，JD8B(7/11)触点闭合，继电器JD8C工作，操作控制电路中JD8C(2/8)触点闭合，摄影高压接触器JC3工作，曝光开始。同时JC3(21/22)触点打开，电阻群RX从R50及R49取分压，电容器C3经电阻群RX之任一电阻充电。充至预定时间，电容器C3两端的电压升高至单结晶体管GB6的峰点电压时，GB6导通，可控硅BG7控制极得一脉冲触发电压而导通，使BG5失去偏置而截止，继电器JD4线圈失电，操作控制电路中JD4(2/8)触点断开，接触器JC3线圈失电，曝光结束。每次摄影后JC3(21/22)触点闭合，将电容器C3的残存电荷泄放，以保证下次曝光时间准确。
3)限时保护：曝光时按下手闸Ⅰ档，继电器JC8工作，JC8(15/16)触点闭合,接通限时保护电路电源，发光二极管BG104燃亮，此时集成模块NE555的2、6脚为低电位，3脚输出高电位，三极管BG101导通，继电器J101、J101A线圈得电，操作控制电路中J101(1/7)触点闭合，为曝光做准备。另外，J101(2/8)触点闭合，防止限时保护电路在曝光过程中因JC8失电而切断电源。当按下手闸Ⅱ档，继电器工作后，(1/4)触点打开，电源通过电阻R101、R102(或R103或R104、R108)向电容C103充电。当充电电平达到集成模块NE555翻转电压时，其3脚输出低电平，使三极管BG101截止，继电器J101线圈失电，J101(1/7)触点打开，切断接触器JC3电路。由此可知，即使继电器JD4因限时电路故障而不能终止曝光时，继电器J101能在比预定曝光时间稍长一点时间切断电路，使曝光结束，起到保护作用。
在继电器J101线圈失电的同时，J101A线圈也失电，其常闭触点J101A(2/4)闭合。此时，继电器的常开触点(6/7)尚未打开(从J101失电到触点打开需要几毫秒)，因此可控硅BG8的控制极瞬间获得一脉冲触发电压而导通。BG8的导通使继电器JB1得电工作，其触点JB1(2/8)闭合，接通蜂鸣器FM1电路，蜂鸣器鸣叫。同时容量保护电路中JB1(1/7)触点闭合，使过载保护继电器JD12工作，其常开触点JD12(2/8)闭合，过载指示灯XD3燃亮；常闭触点JD12(5/7)打开，切断限时电路的工作电源。
(2)XG-200型X线机限时电路
①电路结构 如图3-42所示，该电路主要由限时电路和限时保护电路组成。限时范围在0.04~6.2s之间。限时保护电路对限时电路实行分级保护，当限时电路失灵，对执行继电器失去控制时，限时保护电路可以在分级限定的时间内使执行继电器释放，停止曝光，以保证X线管和被检者的安全。
图3-42 XG-200型X线机限时电路
②电路分析 X线摄影曝光由限时控制继电器J的常开触点J1控制，当继电器J线圈得电后，J1闭合，连通高压接触器SC线圈得电电路，开始曝光。反之，继电器J线圈失电，曝光结束。曝光时间长短由R1t电阻群和C1t电容器决定。
1)限时电路：摄影时，按下曝光手闸PA，阳极启动并经延时器延时后(XSJ触点闭合)限时电路得电，220V交流电压经变压器B降压、D1-4整流、C1滤波后输出24V直流。此时，由于限时保护电路的可控硅SCR无触发信号而截止，使A点处于高电位。24V直流电压→R3→R8→A点→稳压管W4→T2三极管基极，使T2有正向偏置。限时电容器C1t正准备充电，C点处于低电位，低于B点电位(6.5V)，T4管截止，使D点处于高电位(13V)，经稳压管W1(11V)后，使三极管T3基极得到2V的正向偏置，T3管导通。由于R2的存在，三极管T1基极电位升高，则T1、T2随之导通，继电器J线圈得电，其常开触点J1(JSB1)闭合，接通摄影高压接触器SC线圈电路，曝光开始。同时C1t开始通过电阻群R1t1~R1t23中相应电阻充电，C点电位随之升高，至预置曝光时间，C点电位升高到7.2V时，T4管导通，D点电位由13V降低到接近B点电位，此时W1无电流流过，W1截止，使T3、T1相继截止，J线圈失电，其触点打开，切断SC线圈得电电路，曝光结束。C1t经D5、R6、R7放电，确保下次曝光限时准确。调节K1(23档)，可预置不同的限时时间。
2)限时保护电路：限时保护电路的时间设置分4档，比限时电路时间设置长0.3~0.5s。C1t在充电的同时，C2t也在充电，至预定曝光时间，当限时电路失灵不能停止曝光时，延迟很短时间，电容C2t两端电压升高到一定值，UJT导通，使可控硅SCR获得触发信号后导通，A点变为低电位，W4无电流流过，T2管截止，致使T1管截止，J线圈失电，其触点切断SC线圈得电电路，曝光结束。
（二）X线管容量保护电路
X线管容量是由该管的管电压、管电流、曝光时间决定的，每只X线管都有自己确定的额定容量，如果超容量(也称过载)使用，会造成X线管的损坏。因此，大、中型X线机都设有X线管容量保护电路(简称容量保护电路)，以保证每次曝光X线管都在额定容量范围内进行。当预置的摄影条件超过X线管额定容量时，切断摄影曝光控制电路，使曝光不能进行，并有相应指示。这种容量保护电路只对一次性过载起保护作用，而对连续多次曝光所产生的累积性过载无效。对累积性过载问题，则应根据X线管和管套的热容量特性，严格遵守曝光间隔规定，才能确保X线管的安全，在电路设计上，可通过管头温度保护电路实现。
不同型号的X线机，容量保护电路的设计思路和电路结构差别很大，但都是以X线管瞬时负荷特性曲线为依据，每次摄影所选择曝光条件都应落在曲线下方，否则不允许曝光。目前，常规X线机比较常见的容量保护方式有参数连锁式、负荷率式和降落负载式。
(1)参数连锁式容量保护电路
在三钮制X线机中，管电压、管电流和曝光时间是分别调节的。所以这类X线机大多数采用参数连锁式容量保护。即当所选的曝光条件达到或接近额定容量时，若任一曝光参数上调(变大)，将会超过额定容量，此时保护电路发出指令，切断曝光控制电路，使曝光不能进行。
在电路设计上，这种容量保护电路一般由信号输入电路和开关电路两部分组成。信号输入电路产生一个反映管电压、管电流和曝光时间三参数的变化的信号电压，该电压与反映X线管额定容量的基准电压相比较，由驱动电路输出比较结果，发出是否过载的指令，控制曝光能否进行。
①F30-ⅡF型X线机容量保护电路 如图3-35所示，该电路主要由信号输入电路和开关电路组成。
图3-35 F30-ⅡF型X线机容量保护电路
在信号输入电路中，B10(3/4/5)为空间电荷补偿变压器的一个独立绕组；XK1为管电流选择器；XK2为曝光时间选择器；R30~R35和R4为各管电流档的降压电阻。B10(3/4)两端的电压反映摄影时预示管电压的高低，并随管电压的升高而增大。此电压通过XK1-200(30mA~200mA任意一档)、R30~R35和R4、XK2-100~XK2-300任意一档，经D11整流、C4滤波后变为直流电压，加到R26上，作为开关电路的输入电压。该电压受管电压、管电流、曝光时间的联合控制，也反映了曝光三参数的制约关系。
在开关电路中，B1产生40V交流电压，经D15、C5整流滤波后，再由R25、D41、D42稳压，作为开关电路的工作电源。工作电源经D26、D27后，由电阻R24、负温度系数稳压管D40和正温度系数的二极管D24、D25来稳定三极管BG1发射极的基准电压，D24、D25作温度补偿用，使基准电压更加稳定。D26、D27主要是为了使三极管BG2发射极获得一基础电位，保证BG2工作在合适的静态工作点上，使继电器能够可靠的工作。D28是为防止继电器JD12线圈得、失电瞬间，产生的感生电动势对BG2的冲击。R21为限流电阻，D23为BG1基极提供保护。JD12为控制继电器，其常闭触点接于曝光限时电路，常开触点接于过载指示灯电路。
当摄影条件在安全范围以内时，R26输出的信号电压小于基准电压，二极管D23截止，BG1、BG2也处于截止状态，继电器JD12不工作，曝光可以正常进行。当摄影条件超出安全范围时，R26输出的信号电压大于基准电压，D23、BG1、BG2导通，JD12工作，JD12(7/5)触点(在限时电路中)断开，切断限时电路的工作电源，曝光无法进行，同时过载指示灯XD3亮，发出过载指示。
②XG-200型X线机容量保护电路 其电路见书后附图1。过载保护继电器GBJ有一对常开触点连接在高压接触器SC线圈得电回路中。当继电器GBJ工作时，GBJ的所有常开触点闭合，SC线圈可以得电，曝光可以进行；反之，SC线圈无法得电，曝光不能进行。GBJ线圈得电与否受容量保护电路的控制。
在容量保护电路中，用两个6V的稳压管2DW7和两个1.5kΩ电阻，组成“电压对比桥”。变压器KB的初级与摄影高压初级电路并联，其次级输出电压与摄影预示管电压成正比，该电压经硅桥整流，电容滤波后提供一个带有“kV信息”的直流电压。再通过限时保护继电器(SJ1~SJ5)的触点和毫安选择器(其中之一)，在相应的电阻(R11~R24)分压后，即附加了管电流和曝光时间的信息。把这个与管电压、管电流、曝光时间有一定联系的电压送入电压对比桥B、A两端，其比较结果由C、D两端输出，控制三极管3DK4B的导通与截止。
当UBA≥10.6V时，因稳压管压降为6V，则UCD≤1.4V，3DK4B因不具备导通条件而截止，GBJ不工作，曝光不能进行。当UBA＜10.6V时，则UCD＞1.4V，三极管3DK4B因加正向偏置而导通，继电器GBJ工作，曝光可以进行。
由此可见，电桥输出电压随着输入电压而改变，即随管电压、管电流、曝光时间的调节和选择而改变，使C、D两端的电压发生变化，三极管3DK4B随之导通或截止，从而控制过载保护继电器GBJ是否工作，使X线管得到相应的保护。图中，接在3DK4B发射极与基极之间的2CP12二极管，是为了防止电桥输出UCD为负电压时损坏3DK4B而设置的；GBJ线圈两端并联一个二极管，是为继电器GBJ线圈得、失电时产生的感应电动势提供一个放电回路，以免3DK4B受损；GDJ线圈两端并联一个R、C，用于RC充放电延时，使GDJ线圈电压维持一定时间。当过载时，GDJ线圈得到0、11之间的24V直流电压，GDJ线圈受自身常闭触点GDJ2的控制而断续工作，使过载指示灯闪烁发光并发出轻微啸叫声，表明机器过载。
(2)负荷率式容量保护
负荷率是指X线管一次曝光的负荷占最大允许负荷的百分数。这种保护电路的设计基础也是三参数连锁保护，将管电压、管电流、曝光时间三参数连锁的模拟信号送到负荷率指示仪表上(直流电压表)，当预置的一次曝光负载超过额定值时，则通过驱动电路使保护继电器工作，致使曝光不能进行。由于设置了负荷率表，可以指示每次操作时X线管负荷的百分数，所以这种电路也称为负荷率电路。负荷率表所指示的也是一次性的曝光负荷率。
(3)降落负载式容量保护
参数连锁式容量保护是在负载允许范围内，使X线管功率随曝光时间增加而阶梯形下降，如图3-36(1)所示。X线管功率(由管电流和管电压大小决定)和曝光时间是在曝光前事先手工预置，在曝光过程中不允许再次调整，这种方法不能充分发挥X线管的使用效能。
图3-36 X线管负载曲线示意图
目前，中、大型X线机常用单钮制或零钮制控制的X线发生装置中，一般采用自动降落负载曝光控制系统，配合自动曝光控时系统(将在第七节阐述)，实现降落负载式容量保护的目的。在摄影过程中，从X线管的最大允许功率(也称最大允许负载)开始曝光，然后依据X线管阳极焦点面上的散热能力，逐渐减小X线管功率。这种曝光控制预先只知道管电压的数值，而无法得知具体的管电流和曝光时间。在曝光过程中，管电压不变，管电流从最大值开始，之后，在保证X线管阳极焦点面不超过极限温度的情况下，管电流连续降落，X线管功率逐渐减小，焦点面温度仅接近极限，并且近似恒定。同时，自动曝光控时系统实时检测X线胶片的感光剂量(即胶片感光密度)，当达到最佳感光剂量时，自动切断高压，停止曝光。这样，就可以在保证X线管安全工作的前提下，尽量缩短曝光时间，充分发挥X线管效能。如图3-36(2)所示。
图3-36(3)为三级降落负载曲线。第一级对应最大管电流和很短的曝光时间，如在第一级胶片感光密度不足时，控制系统便自动过渡到第二级。第二级为降低的管电流和较长的曝光时间，假如前两级输出的X线仍不能使胶片达到理想的感光密度时，控制系统立即转入第三级。
此外，在自动降落负载时，由于管电流随曝光时间的增长而减小，必然导致主电路电压降的减小，使管电压相对增高，故在控制系统中必须作相应的管电压补偿。
