ZH-1医学影像设备学综合电路实验箱

影像设备综合电路实验箱由六个实验电路模块组成，分别为电源电路模块、高压发生电路模块、灯丝加热电路模块、阳极启动模块、曝光控制电路模块、接地电阻测量模块。辅以辅助电路、模拟球管，用以模拟X线机电路构成，各电路模块在综合实验箱的分布与《医学影像设备学》中X线机电路构成一致，既能清晰显示X线机电路构成，实现X线机的电路工作演示及X线机的电路组成分析，也能各电路模块单独工作，完成《医学影像设备学》所要求的主要实验项目。

1.单相全波整流电路的工作特性实验

1.1实验目的：模拟单相全波整流X线机的主电路，掌握单相全波整流电路的工作原理和X线管的特性，熟悉示波器的使用。通过测量电信号的数值和波形，加深对电路的理解。

1.2在综合实验台“高压发生电路模块”,将电路转换开关转换到单相全波整流位置,通过调整灯丝电压调节器旋钮，改变灯丝变压器T₂次级电压。通过转动电压调节器旋钮，改变主变压器T₁的次级电压，即调整管电压。先调灯丝电压，后调管电压，随时观察mA表的变化。

▲1.3在管电压为20V、30V(或其他参数）两种条件下，使灯丝电压V_f在0 V～3.0V范围内调节取若干值，对应测量灯丝电压下相对应的各管电流数值，然后，做出灯丝发射特性曲线。

▲1.4在灯丝电压V_f 分别为1.4V、1.6V(或其他参数）时，调整管电压u_a 使管电压从0V至最大值范围内取若干值，对应各管电压分别测量管电流值，然后，做出阳极特性曲线。

▲1.5用示波器观察管电压波形

2倍压整流电路的工作特性实验

2.1实验目的：通过观测本电路关键测试点间的电压、电流及电压波形，掌握倍压整流电路的工作状态和特性，加深对倍压整流电路工作原理的理解。

2.2在综合实验台“高压发生电路模块”,将电路转换开关转换到倍压整流。通过调整灯丝电压调节器旋钮，改变灯丝变压器T₂次级电压。通过调整管电压调节器，改变主变压器T₁的次级电压，即调整管电压。

2.3测量空载时输入、输出电压的相互关系

2.4调整灯丝加热电压，使管电流指示在1mA，V2分别为8V、12V、16V时，分别测出负载下输入、输出电压关系，根据示波器测量的V_CD波形，记录管电压的峰值E_P、最小值E_L、平均值E_m。计算管电压的脉动率。

3.X线机灯丝逆变电路实验

3.1实验目的：X线机灯丝逆变电路采用交流逆变技术，能自动稳定X线管灯丝的加热电流，当选择不同的mA时，产生一个与mA值相对应的控制信号来控制灯丝加热脉冲宽度，以达到稳定控制灯丝电压，提供合适的曝光量、以满足诊断需要。通过实验熟悉电路的工作原理，理解灯丝逆变的过程及工作特性。

3.2实验原理：主要由电源电路、信号发生电路、信号处理电路、灯丝逆变电路和电流、频率显示及控制电路五个部分组成。

3.2.1电源电路：电源电路分成两部分，一路为±9V电源模块，220V交流电经过整流滤波输出直流±12V电压，两电压相位相差180º，加至灯丝逆变电路中三极管Q3、Q4的发射极上。另一路为5V电源模块，220V交流电经过整流滤波，通过7805生成5V直流电供给信号发生电路、电流频率显示及控制电路、信号处理电路和一部分灯丝逆变电路。

3.2.2信号发生电路：信号发生电路由CPU控制，通过调整电流、频率显示及控制电路中加减电流和频率的按钮，信号发生电路将根据输入的输入的相关参数产生逆变电路所需要的频率控制信号（占空比为1:1的方波信号）和电流控制信号（根据电流的大小，对同频率的方波信号经过占空比调制的信号）。

3.3.3信号处理电路：信号处理电路主要由40106、4024、4093三种集成电路组成。两路输入信号先经过40106整形之后，频率控制信号输入4024，4024的输出信号一路直接输入4093，另一路经过40106反向后输入4093，汇同电流控制信号，经过两个与非门电路的运算，输出最终的逆变控制信号，以上两组信号分别送入灯丝逆变电路，经逆变后产生一个交流电压，供给灯丝供电电路。

3.2.4灯丝逆变电路：经信号处理电路处理后生成两组逆变控制信号，经过隔离器件后送Q1、Q3逆变，产生一个交流电压，供给灯丝供电电路。

3.2.5电流、频率显示及控制电路：用于设定和显示系统的电流强度和电流的频率。

3.3基本功能：

3.3.1频率显示：开机后，电源工作正常可以看到显示频率的数码管显示200Hz，可以使用数码管旁边的频率+和频率-按钮在200Hz～500Hz范围内上下调节频率的大小。

3.3.2 MA调节：开机后，电源工作正常可以看到显示MA的数码管显示50mA，可以使用数码管旁边的MA+和MA-按钮在50mA～500mA范围内上下调节MA的大小。当数码管显示为50、100mA时，为小焦点灯丝加热，可以看到小焦点指示灯亮；当数码管显示为200、300、400、500mA时，继电器K2切换工作电路，为大焦点灯丝加热，可以看到大焦点指示灯亮。

3.3.3灯丝加热：调节好大小焦点后，按下加热开关，控制电路的继电器K1闭合，可以看到对应大小焦点的灯丝开始加热，随着电流的大小由发红逐渐变亮。

3.4数据测量：分别测量TP2与G点电压、TP3与G点电压，测量TP1与GND点电压，观察电压是否正常。

3.5电压波形测量：测量TP4与GND的电压波形； TP5与GND的电压波形；TP6与GND电压波形；TP7与GND电压波形；TP8与G的电压波形。分别调整电流值为50、100、200、300、400、500mA时，观察大小焦点的灯丝的转换及亮度，并测量TP8与G之间的电压，并观察各测试点波形的变化情况。调整频率旋钮，观察大小焦点的灯丝的转换及亮度，并测量电压，并使用示波器观察TP8与G点之间的波形变化情况。

4.旋转阳极启动、延时、保护电路实验

4.1实验目的：掌握旋转阳极启动与延时保护电路的工作原理及在大中型X线机电路中所起的作用。对因旋转阳极启动与延时保护电路所引起的故障，应能熟练地分析并解决所出现的问题。

4.2实验原理：电路由两部分组成：旋转阳极启动电路，启动延时保护电路。

4.2.1旋转阳极启动电路：X线管的旋转，实际上是利用单相交流异步电动机的原理产生旋转磁场，使封闭在X线管内的转子得到转动力矩，带动阳极转子正常旋转。单相交流异步电动机由定子绕组和转子两部分组成，转子装在X线管阳极靶轴上。定子由铁心和定子绕组构成，它装在X线管外壁靠阳极端。定子绕组分为工作绕组和启动绕组。为了使电机能自动旋转，两个绕组在圆形定子铁心上相差90^o电角，当把时间上相差90^o的两相交流电引入定子绕组，便产生旋转磁场，使管内转子旋转（即使X管阳极旋转）。

4.2.2旋转阳极启动延时保护电路

（1）电路组成：由电源变压器B产生30V的交流电压，经整流滤波，BG201稳压，作为直流电源，经电阻R202与BG206再次稳压作为BG205的基准电压。信号输入电路是由二个与门组成，每一个与门电路的信号输入电压由B6、B7的次级信号供给，每个与门电路由互感器次级绕组、整流二极管、滤波电容、电阻组成。

（2）保护功能：当X线管灯丝加热电路、 旋转阳极启动绕组、工作绕组发生断路或者短路时 ，B6、B7起到保护作用。

（3）延时功能：调节电位器R206改变电容C201充电时间常数，延时时间一般为0.8～1.2秒，从而改变控制继电器J4工作的时间。

4.3按下旋转阳极启动按钮，摄影继电器JC4工作，阳极启动旋转，当时间达到0.4-1.0S后，阳极旋转正常后，J4工作，ZD1指示灯亮，说明阳极旋转正常，可以进行曝光。同时转换继电器JC4工作，为限时电路做准备。再按旋转阳极启动按钮按钮，阳极停止旋转。

▲4.4旋转阳极启动电路设置了故障设置扳钮，能模拟灯丝加热故障时，即使阳极启动正常，后续限时电路不能正常工作。

4.5数据测量：静态（阳极不启动）测试与动态（阳极启动）测试

4.6旋转阳极启动保护延时时间的观察：调节可调电位器R206，观察启动延时继电器J4的工作情况，同时观察发光二极管ZD1的点亮情况。控制时间应在0.8-1.2S范围内。

5.摄影限时电路实验

5.1实验目的：熟练掌握摄影限时电路及限时器保护电路的工作原理，及在X线机中的作用，对于摄影限时电路所引起的故障，应能熟练地分析原因并解决。

5.2实验原理：X线机摄影限时与限时保护电路实验电路主要由三部分组成：电源及零信号发生电路、摄影限时及限时保护电路、可控硅触发电路。

5.2.1稳压电源电路及零信号发生电路：稳压电源电路由变压器BG12提供25V电源电压，通过BG14、整流、C15滤波，又经BG83、BG84、BG71和R34~R36稳压调压后，在CH14-2和CH14-6两端输出稳定的直流25～32V电压作为限时电路的电源。零信号发生电路主要有三极管BG85和可控硅BG96组成。开机后，BG12次级提供22V交流电压，与电源电压同相位，此电压经BG16整流后变为脉动直流电压加在c、a两端，当此电压在零点附近时，BG85因基极电位为零电位，三极管BG85截止，在BG96控制极与阴极之间出现一尖形脉冲信号触发BG96使其导通，将25～32V直流电压加至限时电路中。

5.2.2摄影限时和限时保护电路：由摄影限时和限时保护两套电路组成。当按下SW2曝光按钮时，一路继电器J6工作，继电器J6常开触点闭合，曝光开始。另一路电流通过电阻RX1（RX2、RX3）向电容器C22充电，当充到电压一定值时,单结晶体管BG92导通。晶闸管BG97控制极得到一触发脉冲（触发脉冲信号电压400mV左右），使BG97导通，继电器J7工作，J7的2-8常闭触点断开， 继电器J6失电，同时，继电器J6闭合触点打开，曝光限时结束。由于J7的工作，J7另一个常开触点闭合，25V电源电压对电容C21快速充电， BG93、BG98导通，继电器J8工作，继电器J8的2-4闭合触点断开，使J6继电器线圈再次断电，从而起到曝光限时的保护作用。

5.2.3主可控硅触发电路：利用三极管BG82的开关特性控制电路的通断。当继电器J6常闭触点闭合时，BG82导通，电路输出直流触发信号，此时，开始曝光，曝光指示灯ZD2亮。当继电器J6常闭触点打开时，BG82截止，电路没有触发信号输出，此时，曝光结束，指示灯ZD2灭。

5.3基本步骤：

5.3.1按下阳极启动按钮，阳极旋转正常后，继电器J4工作，ZD1指示灯亮。由于JC₄工作，JC₄的5-6常闭触点打开，7-8常开触点闭合，为限时电路工作做准备。在稳压电路及零信号发生电路中，由于J4的闭合，J13工作，J13的2-8触点闭合使CH14-2和CH14-9、CH14-6接通直流电压25～32V，为限时电路提供直流电压。

5.3.2按下曝光按钮，限时器输入25～32V直流电压，观察J₆工作，ZD2指示灯亮。（意味着X线开始发生）同时25～32V直流电向C₂₂充电，当电容器C₂₂两端电压达到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管BG₉₂导通，BG₉₇可控硅导通，继电器J₇工作，继电器J₆失电，ZD2指示灯灭。（意味着X线曝光结束）。大约2S后，继电器J8工作，J8的2-4触点打开。此时可以松开曝光按钮。

5.3.3抬起阳极启动按钮时，继电器JC₄失电、切断阳极运转电路。随之J4、J13失电，切断限时电路提供直流电压25V，同时J7、J8失电，限时电路中的C22经电阻R52和继电器J7（2、8）触点，将电容C22残余电荷泄放，恢复到电路的原始工作状态。

5.4数据测量：①测量BG14的AC30V、BG16的AC22V、BG12的AC15V交流电压。②测量稳压电路及零信号发生电路的+25～32V直流电压（CH14-2—CH14-6），在未按下曝光按钮时或按下曝光按钮时，分别测量CH14-2对CH14-6的电压，CH14-9对CH14-6的电压。③测量电容C₂₂电压，BG₉₂的b₁对地电压，测量电容C₂₁电压，BG₉₃的b₁对地电压。

5.5限时时间的调整：调整限时调节旋钮，按下曝光按钮，观察继电器J7、J8的工作时间和曝光指示灯ZD2点亮时间。

6.X线机磁饱和稳压电路实验

6.1实验目的：理解和掌握交流谐振式磁饱和稳压器工作原理和基本电路，认识稳压器的输出特性。

6.2实验原理：磁饱合稳压电路主要部分为一个饱和变压器，初级线圈L1铁芯截面积大为非饱和线圈，次级线圈L2铁芯截面积小为饱和线圈，当次级线圈内的铁芯达到磁饱和时，电源电压再增加，铁芯的磁通基本不变，于是次级线圈所产生的输出电压基本不变，从而达到稳压的目的。要使线圈达到磁饱和，需要很大的磁化电流，为此，与在L2并联电容C，组成LC并联谐振电路，利用谐振电路震荡时产生的巨大电流，使线圈达到饱和。

6.3空载输出特性：不加负载，调整单相调压器使实验箱的输入电压Ui为10、20、30、40、50、60、70、80、100、120、140、160、180、200、220V时，测量与其相对应的实验箱空载输出电压Uo值，画出空载时Ui与Uo的关系曲线，并找出稳压范围.

6.4有载输出特性：按下负载接通开关，加上负载，调整单相调压器使实验箱输入电压Ui为10、20、30、40、50、60、70、80、100、120、140、160、180、200、220V时，测量与其相对应的有载输出电压Uo和输出电流Io值，，画出有载时Ui与Uo的关系曲线，并找出稳压范围

7.X线机接地电阻测量实验

7.1实验目的：掌握X线机接地电阻的测量方法，了解接地电阻测量仪的基本工作原理。

7.2基本步骤：采用ZC29B-2型接地电阻测量仪，用导线将实验箱上E′、P′和C′连接到综合实验台辅助装置电路模块相应的端钮上。将仪表放置于水平位置，检查检流计指针是否指示在中心线上，否则调整调零钮将其指示中心线。将“倍率标度”置于最大倍数，慢慢转动发电机的摇把，同时转动“测量标度盘”使检流计指针指于中心线。当检流计指针接近平衡时，加快发电机摇把的转速，使其达到120r/min以上，调整“测量标度盘”使指针指于中心线上。如“测量标度盘”的读数＜1时，应将倍率标度开关置于较小的倍数，再重新调整“测量标度盘”以得到正确读数。

7.3用“测量标度盘”的读数乘以倍率标度的倍数，即为所测量的接地电阻值。