Elektronische Analogrechner

Arbeitsprinzip

Das Arbeitsprinzip eines elektronischen Analogrechners ist eigentlich leichter zu durchschauen als das von manchem mechanischen Integrator. Es geht ebenfalls auf eine recht alte Idee zurück, nämlich die sog. THOMSONsche oder KELVINsche Rückkopplung (W. Thomson, später Lord Kelvin, 1876), die damals mit mechanischen Mitteln nicht praktisch realisiert werden konnte, obwohl mehrere Konstrukteure das versucht hatten:

Angenommen, wir wollen die Differentialgleichung y' = - k*y lösen, d.h. wir suchen diejenige Funktion y = f(t), die diese Gleichung erfüllt. (Als unabhängige Variable t nehmen wir die Zeit an, k sei eine Konstante.)
Wenn wir nun ein Abbild der Ableitung y' = f'(t), etwa als zeitabhängigen Verlauf irgendeiner physikalischen Größe zur Verfügung hätten, könnten wir diesen in einen Integrator schicken, und was hätten wir an dessen Ausgang? - Genau unsere gesuchte Funktion y = f(t).

Es bleiben aber zwei Probleme:

Wie soll der Integrator funktionieren?
Woher y' = f'(t) nehmen?

Lösung:
1.) Als Modellgröße verwendet man immer eine elektrische Spannung. Der Integrator besteht aus einem sog. Operationsverstärker (OPV), das ist ein Gleichspannungsverstärker mit sehr hohem (negativem) Verstärkungsfaktor (meist -10^4 ... -10^8) und einer geeigneten Gegenkopplung mit einem RC-Glied.
Am Ausgang erscheint das Integral des Eingangssignals.

2.) Jetzt kommt Lord Kelvins Trick:
Wir multiplizieren einfach das Ausgangssignal unseres Integrators mit k (wenn k<1 ist, genügt dazu ein Potentiometer, sonst brauchen wir einen weiteren Verstärker) und schalten es auf den Eingang des Integrators. Das war's im Prinzip. Ein Koordinatenschreiber oder Oszilloskop am Integrator kann jetzt den Funktionsverlauf registrieren. (Natürlich brauchen wir in Wirklichkeit auch noch eine Anfangsbedingung, das haben wir hier weggelassen.)

Ein Analogrechner ist also im Wesentlichen eine Art Baukasten aus solchen Operationsverstärkern und zugehörigen Schaltelementen, wie Widerständen, Potentiometern usw. Bei präziser Ausführung lassen sich Rechengenauigkeiten ähnlich wie beim Rechenstab, also bis zu einigen Zehntel Prozent, erreichen. Leider gilt das allerdings nur bei linearen Operationen (Addition, Integration), während nichtlineare, wie Multiplikation, spezielle Funktionen usw. nur näherungsweise realisierbar sind, so dass man insbesondere bei schlechter Ausnutzung des zulässigen Spannungsbereiches mit Fehlern bis zu etwa 5 % rechnen muss.

Analoge Elektronenrechner mit Röhrenverstärkern

Im Berliner Institut für Regelungstechnik wurden ab 1959 die röhrenbestückten Rechner UNIMAR1 und UNIMAR2 gebaut und vorwiegend zur Modellierung von Regelungssystemen eingesetzt.

EARI

Der erste Analogrechner der DDR war der "EARI" (Elektronischer Analog-Rechner Ilmenau), der an der Technischen Universität in Ilmenau als Einzelstück entwickelt und dort von 1960 bis 1964 für die Forschung auf mathematischem Gebiet eingesetzt wurde.

Analogrechner EARI *)

Anfang der 60er Jahre sollte der EARI unter der Bezeichnung EAR6 bei VEB Rechenelektronik Glashütte in Kleinserie gefertigt werden. Das Projekt wurde aber zugunsten des Nachfolgerechners EAR aufgegeben.

ENDIM2000

Ab etwa 1965 stellte VEB Rechenelektronik Glashütte seine Produktion der mechanischen "Archimedes"-Maschinen ein. Auch die beabsichtigte Produktion des elektronischen Analogrechners EAR6 wurde storniert und dafür ein neuer elektronischer Analogrechner entwickelt, der den vorläufigen Namen EAR hatte und später unter dem Namen ENDIM2000 verkauft wurde. In den Jahren 1965 bis 1968 wurde ca. 30 Analogrechner des Typs ENDIM2000 produziert.
Ausgerüstet mit 64 Rechenverstärkern, davon 32 Komparatoren und 32 Summatoren, 12 Multiplikatoren, 16 Funktionsgeneratoren und 64 Konstantenpotentiometern sowie einer auswechselbaren Programmiertafel (die Programmierung erfolgte über Kurzschlussstecker), war er für komplexe Berechnungen ausgelegt. Die Ausgabe der Rechenergebnisse erfolgte über ein Digitalvoltmeter oder über einen Koordinatenschreiber.

Analogrechner ENDIM2000

Bedienpult des ENDIM2000

Digitalvoltmeter Typ ENDIM2300 zur Ergebnisausgabe

Koordinatenschreiber Typ ENDIM2200

Auf den Bildern erkennt man (im Schrank links) die 16 Einschübe mit je vier OPV. Jeder Einschub hatte ein eigenes Netzteil für die Heizung seiner 4*7 Röhren, während die Rechenspannungen aus dem zentralen Stromversorgungsteil (unten im Schrank) kamen.
In einigen Einschüben konnten jeweils zwei OPV durch einen Multiplizierer oder Funktionsgenerator ersetzt werden. Einige dieser Einheiten sieht man auf dem Foto auf dem Schrank stehen. Rechts befinden sich Potentiometer. Alle Elemente sind auf eine zentrale Stecktafel mit 2250 Buchsen geführt. Diese war mit wenige Handgriffen auswechselbar, so dass ein einmal gestecktes Programm aufbewahrt werden konnte und der Rechner sofort für den nächsten Nutzer frei wurde - ein unschätzbarer Vorteil dieses Rechnertyps.

Arbeit am ENDIM2000

Vom ENDIM2000 existiert heute vermutlich nur noch 1 Exemplar. Es befindet sich in den Technischen Sammlungen Dresden.

Transistorrechner

Die störanfällige Röhrentechnik wurde schnell von der Transistortechnik überholt, welche in den Abmessungen kleiner war und einen deutlich geringeren Energieverbrauch hatte.
Derartige Rechner wurden infolge der Arbeitsteilung im RGW in der ČSSR (heute Tschechien) von der Firma "Aritma AT Prag" ab 1968 hergestellt. Anfangs waren sie ebenfalls röhrenbestückt, später (unter der Bezeichnung "MEDA-T") transistorisiert und wurden in größerer Stückzahl in die DDR importiert.

Die Reihe "MEDA 4x" konnte durch Kopplung der drei Geräte (Teil A, Teil B und Teil C), welche unterschiedlich bestückt waren, auf verschiedene Anforderungen ausgerichtet werden, wobei der Teil C bereits Aufgaben eines Hybridrechners übernehmen konnte. Die Teile B und C waren in einem baugleichen Grundgehäuse untergebracht.

Analogrechner MEDA42

Die Programmierung erfolgte über Steckverbindungen, wobei die Programmierfelder nicht gewechselt werden konnten wie beim ENDIM 2000. Ein Programm musste immer wieder neu gesteckt werden, wenn in der Zwischenzeit der Rechner von anderen Personen genutzt wurde.
Allerdings fehlten damit auch die sehr kontaktsicheren Spezialstecker des ENDIM2000. Es wurden normale Bananenstecker benutzt, was die Programmierung manchmal zu einem verzweifelten Kampf gegen Wackelkontakte machte. Das wirkte sich auch deshalb besonders stark aus, weil die Rechenspannung bei den Transistorrechnern nur ± 10 V (statt ± 100 V beim ENDIM) betrug und jede Oxidschicht auf einem Stecker schon die Werte merklich verfälschte.
An der Technischen Hochschule Leipzig wurde z.B. dieser Rechner zur Simulation von Regelkreisen eingesetzt. Dabei war er zu seiner Zeit Digitalrechnern in der Geschwindigkeit 1000-fach überlegen.

APS2

Von TESLA Pardubice wurde ein kleiner Rechner namens APS2 mit nur acht OPV für Unterrichtszwecke hergestellt, der wegen seines stolzen Preises (Import 40.000 M, ČSSR-Inlandpreis unbekannt) allerdings wenig Verbreitung fand.
Die Sektion Chemie der TH Merseburg hatte trotzdem zwei Exemplare und nutzte sie intensiv im Bereich der Reaktionskinetik.

*) Quelle "Bildstelle der Hochschule für Elektrotechnik Ilmenau"

Letzte Änderung dieser Seite: 10.05.2023

Herkunft: www.robotrontechnik.de