管电压和电压波形

X-线管中发射的X-线的强度和能量分布受到管中灯丝与靶之间电位差(电压)的影响。放射线摄影设备的电源通常是交流电(ac)。目前来说，这种类型的电源是迄今常规使用的最通用形式，因为它能以很少的能量损失跨越很长的传输距离。图5-2展示了一幅交流电源线上电压和电流的波形曲线。X-线管被设计为单极性运行，有一个作为正极的靶(阳极)和一个作为负极的灯丝(阴极)。如果靶的电势总为正并且灯丝和靶之间的电压值总保持在最大值时，X-线产生的效率最高(单位时间内产生更多的X-线)。在绝大多数的X-线设备中，总是将交流转换为直流(dc)，并且使灯丝和靶间的电压保持在最大值或接近最大值(图5-3)。这种交流到直流的转换叫做整流。

图5-2 交流电源的电压和电流。电压和电流都随着时间由正变负。电压和电流之间的关系(即，相对强度和它们达到峰值的时间)取决于一个叫电抗的复数量。电压上的正负刻度与极性有关，而电流的正负刻度则与形成电流的电子流动方向有关

图5-3 直流电源的电压，直流这个术语指的是电压(这里没有显示电流)从不反向(从正变换到负)，尽管其强度会有变化。在恒定电势下工作的X-线管的效率是最高的

使X-线管工作的最简单的方法之一就是使用交流电并依靠X-线管来使得电流仅仅从阴极到阳极。当电流通过灯丝时，灯丝(一条细金属线)的结构对产生必要的热量以释放电子是非常理想的。在通常情况下，靶(一个扁平圆盘)并不是一个高效的电子源。当极性反转时(即，灯丝是正极性而靶是负极性)，电流就不能在X-线管中流动，这主要是因为没有电子源。此时，X-线管“自己整流”交流电源，这个过程被称为自整流。然而，在管电流很高时，靶中会产生足够大的热量从而使靶的表面释放电子。在这种情况下，当靶电位为负而灯丝为正时，电子就会通过X-线管。这种逆向的电子流会损坏X-线管。

整流后的电压波形同样可以使用叫做二极管的电路元件得到。二极管是一个类似X-线管的装置，它只允许一个方向的电流通过。一个包含二极管的简单电路如页边图5-5所示，它可以产生与自整流同样的电压波形。X-线管中逆向极性被消除的整流叫做半波整流。

半波整流器将交流转换为每个周期有一个脉冲的直流波形。如果负半周期的电压波形同样可以被利用的话，X-线的产生就更加高效了。一个叫做全波整流的更加复杂的电路就是利用了正负两个半周期。在电压波形的正负相位中，电压迫使X-线管中的灯丝始终为负电位(或阴极)而靶为正电位(或阳极)。这种调整交流波形的方式叫做全波整流。在全波整流中，电压波形中的负脉冲被有效翻转，所以它们也可以被X-线管用于产生X-线。因此全波整流器可以将交流波形转换为每个周期有两个脉冲的直流波形。

如果在大部分时间里电压的波形都处于高电位状态的话，X-线的产生效率会得到进一步的提高，而不是像在全波整流中每周期至少有两次都要下降到0电位。这个目标可以通过使用三相(3φ)电源来实现。三相电源由连接到X-线管的三条独立的电源线提供。

相位这个术语是指三条电压线承载同样的电压波形，但是每条线上的电压峰值在不同的时刻产生。每一相(线)分别整流，所以给X-线管提供了三个截然不同(却相互叠加)的全波整流波形。这种合成波形的效果是为X-线管提供保持在最大值或接近最大值的电压。在三相全波整流X-线电路中，X-线管中的电压从不会下降到0。在三个相位独立的交流电源中，在每个电压周期中可以提供六个整流后的脉冲。

一种改进型的三相电路为阳极提供的波形与为阴极提供的波形相比相位漂移更小。这种改进使每周期产生了12个脉冲，并在一定程度上延长了X-线管运行在接近峰值电压状态的时间。

现代固态电压转换装置每秒能够提供成千上万的X-线脉冲的“高频”波形。这些电压波形是实质上的恒定电位，并在X-线产生效率方面提供进一步的改善。