Brevet FR2516337A1 — publié le 19830513

La présente invention concerne de façon générale un appareil de commande de production de rayons X (ou irradiation) et, plus particulièrement, un appareil de production de rayons X qui peut stabiliser la production de rayons X (ou irradiation) venant d'un tube à rayons X par filtrage des composantes d'ondulation de la haute tension appliquée entre l'anode et la cathode du tube à rayons X. La stabilité du rayonnement X est l'un des facteurs les plus importants dans un appareil de diagnostic par rayons X, car elle détermine dans une grande mesure la précision de l'infor- mation de diagnostic obtenue Pour stabiliser le rayonnement X, il faut qu'une tension stable soit appliquée entre l'anode et la cathode du tube à rayons X et que la tension de chauffage du fila- ment du tube à rayons X soit maintenue constante. On connatt un procédé de stabilisation de la tension à appliquer au tube à rayons X Ce procédé consiste à faire appel à un tube électronique, par exemple une tétrode, que l'on connecte entre une source de haute tension et un tube à rayons X La tétrode peut éliminer les composantes d'ondulation à cause de sa chute de tension interne par rapport à une haute tension continue obtenue' par élévation de la tension d'une source d'alimentation électrique triphasée et redressement de celle-ci sur les trois phases, de sorte qu'il est appliqué une tension continue sensiblement parfaite entre l'anode et la cathode du tube à rayons X Le principe du pro- cédé repose sur la résistance dynamique de plaque (anode), qui joue un rôle important dans le calcul du gain d'un tube amplificateur, le tube étant souvent traité comme une résistance variable. La demande de brevet japonais no 53-9773 déposée par la société japonaise Tokyo Shibaura Denki K K ldemande de brevet (Kokai) non examinée japonaise n 54-102994 l décrit un procédé per- mettant de commander les tensions à appliquer à un tube à rayons X au moyen de la chute de tension interne d'une tétrode qui est con- nectée en série avec l'anode et la cathode du tube à rayons X. Un circuit de commande de rayons X connu dans la technique antérieure et s'appuyant sur le principe ci-dessus mentionné est représenté sur la figure 1 Le circuit comprend un coupe-circuit 1, un transformateur de haute tension 2, un circuit 3 à pont redres- seur sur toute les phases Le coupe-circuit 1 est connecté entre une source d'alimentation électrique triphasée (non représentée) et l'enroulement primaire du transformateur de haute tension con- necté en triangle 2 Les enroulements secondaires du transforma- teur 2 sont connectés en triangle et en étoile avec l'entrée du circuit à pont redresseur sur toutes les phases 3 Une première tétrode 4 est connectée entre l'anode d'un tube à rayons X 6 et la sortie du circuit à pont redresseur 3, et une deuxième tétrode 5 est connectée entre la cathode du tube à rayons X 6 et la sortie du circuit à pont redresseur 3, si bien que les tensions continues fournies par le circuit à pont 3 sont abaissées par les tétrodes 4 et 5 jusqu'à des valeurs prédéterminées de tensions d'application (ci-après appelées "une tension d'application au tube à rayons X"). Cette opération s'effectue par l'intermédiaire des chutes de tension d'anode des tétrodes 4 et 5 et permet la production de rayons X pouvant être utilisés à des fins de diagnostic Le circuit de com- mande de rayons X comprend en outre deux circuits 7 et 8 de com- mande de tétrode qui sont respectivement connectés à l'anode et à la cathode du tube à rayons X 6 de façon à commander respective- ment les tétrodes 4 et 5 Plus spécialement, chaque circuit de commande de tétrode modifie la tension de polarisation de grille de la tétrode correspondante de façon à faire varier la chute de tension d'anode de cette dernière Deux résistances multiplica- trices 10 et 11 pour haute tension sont connectées l'une à l'autre par un point commun (terre) et leurs extrémités libres sont res- pectivement connectées à l'anode et à la cathode du tube à rayons X 6. Un amplificateur comparateur 12 est connecté de façon à recevoir un signal de commande de tétrode préétabli 9 à une première borne d'entrée et un signal de tension produit par la résistance 10 à l'autre borne Un amplificateur comparateur 13 est également con- necté de façon à recevoir le même signal de commande de tétrode préétabli à une première borne d'entrée et un signal de tension produit par la résistance 11 à l'autre entrée Chacun des amplifi- cateurs comparateurs compare le signal de commande 9 avec le signal de tension, puis amplifie le signal résultant Un signal de sortie de l'amplificateur comparateur 12 est délivré au circuit 7 de com- mande de tétrode via un circuit 15 d'isolation de haute tension. De la même façon, un signal de sortie de l'amplificateur compara- teur 13 est appliqué au circuit 8 de commande de tétrode par l'inter- médiaire d'un circuit 14 d'isolation de haute tension Une haute tension stabilisée peut donc être appliquée au tube à rayons X. On peut résumer de la manière suivante le fonction- nement du circuit de commande de tétrode qui vient d'âtre décrit. Pour obtenir la tension préétablie d'application au tube à rayons X, il est nécessaire d'ajuster la chute de tension d'anode ci-dessus mentionnée des tétrodes 4 et 5 A cet effet, le signal de commande de tétrode préétabli 9 et le signal de tension produit par la résis- tance multiplicatrice 10 ou 11 sont fournis à l'amplificateur compa- rateur 12 ou 13 de façon à produire un signal de commande de tétrode à destination du circuit 7 ou 8 de commande de tétrode En résultat, la haute tension continue appliquée au tube à rayons X peut âtre stabilisée sur la valeur préétablie de la tension d'application au tube à rayons X Lorsqu'on utilise les chutes de tension d'anode des tétrodes 4 et 5, chaque circuit de commande de tétrode est non seulement utilisé pour commander la haute tension à appliquer au tube à rayons X 6, mais il sert également à éliminer les composantes d'ondulation de la tension continue triphasée Il faut donc qu'il existe une réponse extrêmement supérieure La réponse au circuit de commande de tétrode dépend directement de la caractéristique de fréquence des éléments de commande de tension à semi- conducteur, par exemple des transistors, utilisés dans ce circuit. De façon générale, pour stabiliser la tension d'appli- cation au tube à rayons X, la variation de tension nécessaire de la chute de tension d'anode de la tétrode est plus grande que 500 V. D'autre part, pour le filtrage des composantes d'ondulation contenues dans la tension d'application au tube à rayons cathodiques, la varia- tion voulue ci-dessus mentionnée doit être de l'ordre de plusieurs dizaines de volts seulement, mais sa caractéristique de réponse nécessaire est considérablement supérieure à celle du cas mentionné en premier. Puisque, de façon générale, la caractéristique de fréquence des transistors pour haute tension que l'on peut trouver dans le commerce présente une détérioration de leurs performances dans la gamme de fréquence supérieure, c'est-à-dire f T étant une valeur basse, de sorte qu'un transistor ne peut répondre de manière suffisante à la variation de fréquence supérieure d'un signal C'est donc un but de l'invention de proposer un appareil de commande de production de rayons X doté d'un circuit de commande de tétrode qui peut suivre la variation très rapide d'un signal de tension dont la variation d'amplitude dépasse 500 V. Un appareil de commande de production de rayons X selon l'invention comprend des circuits de commande de tétrode comportant chacun un transistor pour haute tension dont la base reçoit un signal de commande de tension d'application au tube à rayons X et dont le signal de sortie varie en fonction du niveau du signal de commande, de façon à ainsi faire varier la polarisa- tion de grille de la tétrode et, par conséquent, à commander la tension d'application au tube à rayons X Chaque circuit de com- mande de tétrode comporte en outre un amplificateur inverseur destiné à inverser le signal de commande de tension d'application au tube à rayons cathodiques et un transistor rapide servant à faire varier la basse tension selon un signal de sortie venant de l'amplificateur inverseur Le signal de sortie du transistor rapide est appliqué à la grille de la tétrode de façon à éliminer les composantes d'ondulation de la tension d'application au tube à rayons X L'expression "transistor rapide" désigne un "transistor pour haute fréquence" dont la fréquence de coupure est assez élevée. Selon l'invention, les circuits de commande de tétrode peuvent non seulement répondre à une haute tension continue, mais également aux composantes d'ondulation de haute fréquence des basses tensions continues, à l'aide de la chute de tension d'anode des tétrodes Il est donc possible de stabiliser la haute tension continue à appliquer au tube à rayons X De plus, les circuits de commande de tétrode peuvent comporter chacun un transistor servant à commander la polarisation de grille de la tétrode Les circuits de commande de tétrode fournissent donc une réponse perfectionnée et une fiabilité perfectionnée. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses 2 5 1 6 3 3 7 caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins an- nexés, parmi lesquels: la figure 1 est un schéma de circuit montrant, de manière simplifiée, un circuit classique de commande de rayonx X; et la figure 2 est un schéma de circuit montrant, de manière simplifiée, un mode de réalisation d'un circuit de com- mande de tétrode utilisé dans un appareil de commande de production de rayons X selon l'invention. Sur la figure 2, sont représentés les circuits de commande de tétrode qui sont utilisés dans un appareil de commande de production de rayons X selon l'invention ainsi qu'un circuit d'isolation vis-à-vis de la haute tension qui coopère avec le circuit de commande de tétrode Sur la figure 2, la partie entourée par une ligne en trait interrompu correspond au circuit 15 d'iso- lation de haute tension représenté sur la figure 1, et la partie restante correspond au circuit 7 de commande de tétrode présenté sur la figure 1 Bien que ceci ne soit pas représenté, il existe d'autres circuits qui correspondent au circuit 8 de commande de tétrode et au circuit 14 d'isolation vis-à-vis de la haute tension, tous deux étant représentés sur la figure 1. La base du fonctionnement de ce circuit 7 de com- mande de tétrode de la figure 2 a pour objet de faire varier la tension continue d'environ 500 volts en fonction du signal de com- mande de tétrode délivré par les circuits d'isolation de la haute tension et d'éliminer les composantes d'ondulation de la haute tension continue à appliquer au tube à rayons X Pour réaliser ce résultat, une commande de la tension appliquée à la tétrode est effectuée à l'aide d'un élément de commande de tension tel qu'un transistor Le circuit 7 de commande de tétrode possède des tran- sistors 28 et 52 qui servent d'éléments de commande de tension destinés à commander la tension appliquée à la grille de la tétrode 4. Comme le montre la figure 2, le circuit 15 d'isolation de la haute tension est principalement constitué par un transforma- teur 16 d'isolation de la haute tension qui fournit l'alimentation électrique nécessaire à des constituants donnés du circuit 7 de commande de tétrode On notera que, alors que le circuit d'isolation de la figure 1 est représenté par un dispositif de couplage lumineux, celui-ci est omis dans ce mode de réalisation Un premier signal de sortie Out 1 du transformateur d'isolation 16 subit dans un pont d Bdixes 17 un redressement sur toute ses phases Le signal de sortie du pont de diodes 17 est ensuite filtré par un condensateur' de filtrage 18, puis est délivré à la grille-écran 20 (ci-après appelée "SG") de la tétrode 4 Une résistance de charge 21 est connectée en parallèle avec le condensateur de filtrage 20 Un deuxième signal de sortie Out 2 du transformateur d'isolation 16 subit dans un pont de diodes 22 un redressement sur toutes ses phases Le signal de sortie du pont de diode 22 est ensuite filtré par un condensateur de filtrage 23, puis est appliqué à la grille de commande 24 (ci- après appelée "CG") de la tétrode 4 Une résistance de charge 25 est connectée en parallèle sur le condensateur de filtrage 23 Un troisième signal de sortie Out 3, présentant une valeur de 600 à 800 volts, du transformateur d'isolation 16, subit dans un pont de diodes 26 un redressement sur toutesses phases Le signal de sortie du pont de diodes 26 est ensuite filtré par un condensateur de filtrage 27, puis est délivré au collecteur d'un transistor 28 faisant fonction d'élément de commande de tension Ce transistor bijonction 28 peut être un transistor pour haute tension, par exemple un transistor " 2 SC 2790 " fabriqué par la société Toshiba, qui peut fonctionner sous plusieurs centaines de volts. Un circuit 30 de détection de niveau de signal est destiné à détecter le niveau du signal 29 de commanide de tétrode venant d'un amplificateur comparateur (non représenté) qui correspond à l'amplificateur comparateur 12 de la figure 1 Le signal de sortie du circuit détecteur 30 est amplifié par un amplificateur 31, puis est délivré à la base du transistor 28 Ainsi, le transistor 28 peut commander le troisième signal de sortie Out 3 en fonction du niveau de signal venant de l'amplificateur 31 Le courant de sortie du transistor 28 est appliqué à la jonction de la résistance 32, d'une part, et du transistor 52 et d'une résistance 54 d'autre part Par conséquent, une modification du courant de sortie du transistor 28 peut entraîner des variations de la tension appliquée sur la grille- écran 24 de la tétrode 4 La résistance 32 est une résistance de charge de 11,72 kf Ldestinée au troisième signal de sortie Out 3 du transformateur 16 d'isolation de la haute tension Une résistance 33 est connectée entre la sortie de l'amplificateur 31 et la base du transistor 28 de façon à limiter le courant d'entrée du transis- tor 28. Ainsi, le courant d'anode circulant de l'anode 34 de la tétrode 4 à la cathode 35 est commandé par le signal 29 de commande de tétrode, si bien que la tension appliquée à la tétrode 4, c'est-à-dire sa chute de tension d'anode, peut être modifiée. Le dernier signal de sortie, soit le quatrième signal de sortie Out 4, possédant une valeur de 40 à 60 volts, du trans- formateur 16 d'isolation de la haute tension subit dans un pont de diodes 50 un redressement sur toute ses phases Le signal de sortie du pont de diodes 50 est filtré par un condensateur de filtrage 51 est appliqué au collecteur d'un transistor 52 possédant une réponse pour haute fréquence Le transistor bi-jonction 52 peut être un transistor pour haute fréquence, comme par exemple un tran- sistor " 2 SC 515 " fabriqué par la société Toshiba, qui peut répondre à un signal de haute fréquence, c'est-à-dire un signal présentant la variation rapide des composantes d'ondulation. Un amplificateur d'inversion 53 est destiné à inverser et amplifier le signal de sortie de l'amplificateur 31 Le signal de sortie de l'amplificateur inverseur 53 est appliqué, comme signal de commande de tétrode, à la base du transistor 52 Lorsque le transistor 52 délivre un courant de sortie, il se produit une dif- férence de potentiel aux bornes de la résistance de charge 54 valant 22 k 2 Par conséquent, une variation du courant de sortie du transistor 52 peut amener une variation de la tension existant aux bornes de la résistance 54 De la même façon, une résistance 55 est connectée entre la sortie de l'amplificateur 53 et la base du transistor 52 de façon à limiter le courant d'entrée du transis- tor 52 La résistance 55 joue donc le même rôle que la résistance 33. Le circuit de commande de tétrode présenté sur la figure 2 fonctionne de la manière suivante D'abord, le signal 29 de commande de tétrode est appliqué à la base du transistor 28 via le circuit 30 de détection de niveau de signal, l'amplificateur 31 et la résistance 33 de limitation de courant La tension aux bornes de la résistance de charge 32 varie donc En deuxième lieu, le signal de sortie de l'amplificateur 31 est inversé par l'amplifi- cateur inverseur 53 et est appliqué à la base du transistor 52 par l'intermédiaire de la résistance 55 de limitation de courant. Le signal de sortie du transistor 52 est fourni à la résistance 54 qui est connectée entre les résistances 25 et 32 Ainsi, lorsque la tension aux bornes de la résistance 32 devient élevée, la tension aux bornes de la résistance 54 s'abaisse, et inversement Ceci est dft au fait que le signal de commande de tétrode 29 est amplifié par l'amplificateur 31 et est délivré à la base du transistor 28 pour haute tension, et que ce même signal de commande 29 est inversé par l'amplificateur inverseur 53 et est appliqué à la base du tran- sistor 52 pour haute fréquence. De plus, puisque les résistances 25, 54 et 32 sont connectées en série, la tension appliquée sur la grille-écran 24 de la tétrode 4 varie en fonction des variations du niveau de signal 29 de commande de tétrode De plus, les variations de la tension de sortie du transistor 52 pour haute fréquence peuvent commander le circuit de commande de tétrode de telle manière qu'il réponde au signal 29 de manière suffisamment rapide pour éliminer les composantes d'ondulation de la tension d'application au tube à rayons X. Il faut noter que le deuxième signal de sortie Out 2 du transformateur 16, qui comporte la résistance 25 connectée à la grille- écran 24 de la tétrode 4, est destiné à appliquer une polarisation de grille fixe sur la tétrode 4 de façon à empêcher un passage accidentel en polarisation positive. On peut maintenant résumer le fonctionnement du cir- cuit de commande de tétrode de la manière suivante La composante de haute tension destinée à commander la chute de tension d'anode de la tétrode 4 est commandée par le circuit destiné à fournir le troisième signal de sortie Out 3, qui comporte le transistor 28 pour haute tension Les constituants de tension à basse et haute fréquence destinés à filtrer les composantes d'ondulation contenues dans la tension à appliquer à l'anode et à la cathode du tube à rayons X sont commandés par le circuit destiné à fournir le qua- trième signal de sortie Out 4, qui comporte le transistor 52 pour haute fréquence Les tensions de sortie de ces deux circuits sont combinés en série de façon à commander la tension devant être appliquée à la grilleécran 24 de la tétrode 4 Le circuit 7 de commande de tétrode peut donc stabiliser la haute tension devant être appliquée au tube à rayons X, qui ne contient aucune composante d'ondulation Par conséquent, les deux tensions s'appliquant à l'anode et à la cathode du tube à rayons X peuvent être stabilisées par le circuit 7 de commande de tétrode présenté sur la figure 2 et par l'autre circuit de commande de tétrode 8 (non représenté en détail), si bien qu'il peut être obtenu un rayonnement X stabilisé au moyen du tube à rayons X 6. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation ci-dessus-décrit On peut réaliser diverses variantes sans s'écarter des limites techniques et de l'esprit de l'invention Par exemple, on peut utiliser des transistors unijonction au lieu des transis- tors bijonction 28 et 52 De plus, au lieu des deux éléments de commande de tension, à savoir les transistors 28 et 52, il peut être utilisé un unique élément de commande de tension qui peut fonctionner dans une gamme de tension supérieure et de fréquence supérieure De plus, le circuit destiné à fournir le deuxième signal de sortie Out 2 (à savoir une tension de polarisation) peut être omis si aucune polarisation positive de la tétrode 4 n'a lieu Il est évident que, au lieu du circuit d'entrée commun ( 29, 30), il est possible d'employer deux circuits d'entrée distincts dont les signaux présentent des polarités différentes (inverses l'une de l'autre). Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'appareil dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil de commande de production de rayons X, dans lequel une haute tension continue redressée est appliquée à un tube à rayons X ( 6) par l'intermédiaire d'au moins une tétrode ( 4, 5), ladite tension continue étant commandée par ladite tétrode grâce à l'utilisation de son effet de chute de tension d'anode, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de polarisation de grille de commande qui est couplé à la grille de commande de la tétrode et qui comporte un moyen de commande de tension à semi- conducteur ( 28, 52) connecté de façon à recevoir un signal de commande de tétrode de basse tension destiné à commander ladite chute de tension d'anode de la tétrode afin de produire la haute tension continue stabilisée devant être appliquée au tube à rayons X. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un moyen d'inversion est connecté de façon à recevoir ledit signal de commande de tétrode de basse tension, et ledit moyen de commande de tension à semi-conducteur comporte un premier élément de commande de tension à semi-conducteur ( 28) connecté de façon à recevoir ledit signal de commande de tétrode de basse tension afin de produire une première tension de commande de polarisation de grille pour stabiliser la haute tension continue devant être appli- quée au tube à rayons X et un deuxième élément de commande de tension à semi-conducteur ( 52) connecté de façon à recevoir un signal de commande de tétrode de basse tension dont la polarité est inversée, par rapplort audit signal de commande de tétrode de basse tension, par ledit moyen d'inversion afin de produire une deuxième tension de commande de polarisation de grille pour éliminer les composantes d'ondulation contenues dans ladite haute tension continue devant être appliquée au tube à rayons X, la première et la deuxième tension de polarisation de grille étant couplées en série de façon à commander la chute de tension d'anode de la tétrode. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un moyen de polarisation continue fixe ( 22, 23, 25) est destiné à produire une troisième tension de commande de polarisation de grille et à l'appliquer à la grille de commande de la tétrode ( 4, 5) en série avec la première et la deuxième tension de commande de polarisation de grille. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que deux sources d'alimentation électriques (Out 3, Out 4) sont respectivement connectées au premier et au deuxième élément de commande de tension à semiconducteur ( 28, 52), et en ce que ledit moyen de polarisation continue fixe ( 22, 23, 25) et les deux sources d'alimentation électriques (Out 3, Out 4) sont formées par un trans- formateur d'isolation de la haute tension commun ( 16). Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de commande de tension à semi-conducteur ( 28, 52) est un transistor bijonction. 6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de commande de tension à semi-conducteur ( 28, 52) est un transistor unijonction.