Analog Computers

Manual / Guide · 1982

Der Analogrechner

Read the PDF (135 pp) ↗ Read the English translation →

Second edition (February 1982) of a comprehensive German-language programming and applications manual for the Leybold-Heraeus analog computer. Written by Dr. Martin Hund, the book provides 150 program examples drawn from mathematics, control engineering (Regelungstechnik), and physics, covering basic operational-amplifier circuits, multiplier configurations, diode function generators, ODE solvers, and physical simulations (kinematics, ballistics, oscillations, Schrodinger equation). Includes detailed instructions for amplitude and time scaling, calibration, recorder/oscilloscope recording, and use of the programmable switch accessory (576 07).

Manufacturer
Leybold-Heraeus GmbH
System
Leybold-Heraeus Analogrechner (576 01)
Author
Dr. Martin Hund
Year
1982
Type
Manual / Guide
Language
German
Learning track
general theory
Pages
135
  • Leybold-Heraeus Analogrechner (576 01)
  • Leybold-Heraeus GmbH
  • analog computer
  • programming examples
  • differential equations
  • control engineering

← Back to the Reference Library

Der Analogrechner

LEYBOLD-HERAEUS GMBH dw) Mathematik - Informatik Chemie Biologie Der Analogrechner Beschreibung mit 150 Programmbeispielen aus Mathematik, Regelungstechnik und Physik SQ, pq I A AA AAA AAA N Demonstrationsversuche 576 09 Physik : Technik Chemie Biologie | | Mathematik - Informatik LH LEYBOLD-HERAEUS GMBH LEYBOLD-HERAEUS Der Analogrechner Beschreibung mit 150 Programmbeispielen aus Mathematik, Regelungstechnik und Physik von Dr: Martin Hund 2. Auflage Februar 1982 — EYBOLD-HERAEUS GMBH - Bonner Straße 504 - Postfach 51 07 60 - D-5000 Köln 51 - Telefon 0221/37011 : Telex 888 481-30 Ihd Inhaltsverzeichnis 2.1. 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 2.1.8 2.1.9 2.2. 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7 2.3. 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.4. 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 2.4.7 2.4.8 2.4.9 Einleitung Gebrauchsanweisung Technische Daten Analogrechner . : Zubehör zur Programmierung 3 Programmierbarer Schalter . Beschreibung Analogrechner , Programmierbarer Schalter r Bedienung . a Allgemeine Hinweise ; zu den Schaltplänen ; Amplitudenskalierung A Zeitskalierung am Integrierer Justierung des Analogrechners . I Driftabgleich eines Operationsverstärkers : Abgleich der Multiplizierer Umrüsten auf Netzanschlußspannung 110 V . Grundschaltungen Grundschaltungen eines Operationsverstärkers Der offene Verstärker Multiplikation einer Variablen mit e einer Konstanten. Fehlerabschätzungen 4 Bestimmung der Grenzfrequenz . Summation zweier Variablen Integration einer Variablen \ Integration mit definierter Anfangsbedingung .. Differentiation einer Variablen . Differentiation mit Verzögerung Grundschaltungen mit Multiplizierer Multiplikation zweier Variablen . Potenzierung einer Variablen, y = x“ Potenzierung einer Variablen, y = x” Potenzierung einer Variablen, y = x* Bildung der Quadratwurzel, y = -Vox>0. Bildung des Quotienten, y = Z/N, N<O as Aufbau eines Multiplizierers aus zwei Quadrierern . Schaltungen mit Multiplizierer und offenem Verstarker Bildung der Quadratwurzel, y = 135 x<O. Bildung der Kubikwurzel, ye = Bildung der Funktion y = - i XX a Bildung der 4. Wurzel, y = T-% x<0O Bildung des Quotienten, y = - Z/N, N>O Grundschaltungen mit Dioden in der sees Ventilfunktion Ventilfunktion mit verbessertem Sperrverhalten . Bildung des Absolutwertes Sprungfunktion . Sprungfunktion mit variabler Sprunghöhe Geknickte Kennlinie mit Begrenzung Geknickte Kennlinie ohne Begrenzung Komparator 2-Punkt-Schalter 11 11 11 Sa 11 12 12 le BB ks: oats als opto a6 “igi 6 Bet ie 1 BT . 18 +18 18 10 . 19 . 19 1289 2 021 ‚21 eee 2422 223 . 23 . 23 . 23 . 24 . 24 . 24 528 . 25 re) +: 426 26 BT: el wel sie XE +27. . 28 28 . 28 . 528 . 29 . 29 25. Grundschaltungen mit Dioden in der Zuführung ....... - 29 2.5.1 Kennlinie einer Diode . . . . Se 732, 2.5.2 Kennlinie einer Diode mit begrenzter Steigung ZA 30 2.5.3 Erzeugung einer quadratischen Kennlinie durch vorgespannte Dioden 30 25.4 ToteZone.... a Ce ae ee 2.5.5 Tote Zone mit variabler Breite . EE eee Se eer 2.5.6 Getriebelose. . . . IEIONSRONEREE eo 31 2.5.7 Getriebelose mit varlablern Spiel . aut tees aes e982 25.8 Getriebelose mit Begrenzung (Hysterese) ......-+-++.:- 32 2.6. Logische Verknüpfungen, SIMULOG-kompatibel ....... . 33 2.6.1 Negation . . . - RE RETTET ET ao 383 Soon Ar er , . rt + 32 263 NOR Waller .. EEE. .* versione ee - - 38 984 Volladdierer .... nenne een Ke > II 5:7. (re 4... - - 35 2.7.1 Rechteckgenerator . . . Gr... » “SO 2.7.2 Rechteckgenerator mit einstellbarer. Frequenz Too see 2.7.3 Dreieck- und Rechteckgenerator mit variablem Tastverhältnis Eu ees 2.7.4 Spannungsfrequenzwandier. . . . er : 2.7.5 Sinusgenerator mit einem Operationsverstarker | Se ss: 3 ( 2.7.6 Sinusgenerator mit Amplitudenstabilisierung . . - -» » 37 ; 077 Space... ee ee ee 3 Lösung mathematischer Probleme . . 38 j 3.1. Lineare Gleichungssysteme . . ‘ . 38 : 3.1.1 Zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten, feste Koeffizienten : . 38 3.1.2 Instabile Schaltung ....... < lay 3.1.3 Zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten, variable Koeffizienten 3 39 3.1.4 Drei Gleichungen mit drei Unbekannten . . . 39 3.1.5 Vier Gleichungen mit vier Unbekannten . . 40 ; 3.2. Elementare Integrale ....... <a 3.2.1 Lösung des Integrals y = A. Kl: . 41 3.2.2 Lösung des Integrals y = - f x? dx . 42 + 1 1 3.2.3 Lösung des Integrals y = = x er tera 3.2.4 Lösung des Integrals y = dete | op 325 a teegeg nae 3h) Sy aaa eis ae 3.2.6 Lösung des Integrals y = f us . 44 3.2.7 Lösung des risers eer Ci an Oe 3.2.8 Lösung des Integrals y = 5 FW... 2... 46 3.2.9 Lösung des Integrals y = Saar N |; -x 3.3. Polynome . . N eu) en AT 3.3.1 Polynom 2. Grades mit Integrieren . ns ae 3.3.2 Polynom 4. Grades mit Integrieren. . - » » «nee. 48 3.3.3 Polynom 3. Grades mit Multiplizierern. . . » » 0... 49 3.4. Einfache Beispiele gewöhnlicher Differentialgleichungen 1. Ordnung 50 3.4.1 Lösung der Differentialgleichung y’=y ........... . 50 3.4.2 Lösung der Differentialgleichung y’=-ay........... 51 3.4.3 Lösung der Differentialgleichung y’ Tl; SSR ee pee 3.4.4 Lösung der Differentialgleichung y’ = y?? . . a ie = Bee 3.4.5 Lösung der Differentialgleichung y’ = x/10 - En 2 Ge 3.4.6 Lösung der Differentialgleichung y’=x/y .......... . 53 3.4.7 Lösung der Differentialgleichung y’ = y/x .......... . 54 3.5. Lineare Differentialgleichung 2. Ordnung . . . . . . .. . . . 55 3.5.1 Allgemeine Lösung von y”+py’+qy=0O.......... . 55 Soe LOsunG Tor = O'Und pO. a wt a te 185 393° LOBUNG Tk CeO MN en ny ee .. (65 3.5.4 Lösung firq<Oundpbeliebig ..........,.... . 55 35.5" Lösung für q>O'und po N ee ae ee 57 3.5.6 Lösung fürq>O und p beliebig . . . ........... . 57° 3.5.7 Gedämpfte harmonische Schwingung. . .......... . 58 3.5.8 Angefachte harmonische Schwingung ........... . 58 3.6. Nichtlineare Differentialgleichung 2. Oranung ne nt 69 3.6.1 Lösung von y” + p(y?-1)y’+y=0,mitp>O ........ . 59 3.6.2 Lösung von y” + py’+(1+y%y=0O............. 61 3.7. Additionstheoreme für Sinus und Cosinus. ........ . 61 3.7.1 Nachweis von sin’x + cosx = 1... 2 222 2 2%: 2.682 3.7.2 Bildung von cos 2x aus cosx -sinx . ........... . 62 3.7.3 Bildung von sin 2x aus 2sinx osx ........... 562 3.7.4 Bildung von cos 3x aus 4cos*x-3cosx ......... 308 3.7.5 Bildung von sin 3x aus 3 sin x - 4 sin’ . 3.7.6 Bildung von | cos 5 | aus (1 + cos x)/2 63 63 3.7.7 Bildung von | sin > | aus YIT= cos 72 . oe NCO RIMES Rar i 6S 3.7.8 Bildung von cos kıt + cos kot, Schwebung 63 64 3.8. Fourieranalyse . 4. Regelungstechnik. «3.3305 )012> Gaeteseosccs wasténsenth Gaal. x68 4.1. Regelstrecken mit Ausgleich . . . . 7S EES : =) 4.1.1 Regelstrecke mit Ausgleich und Verzögerung 1. Ordnung . u re 4.1.2 Regelstrecke mit Ausgleich und Verzögerung 2. Ordnung. . . . . 66 4.1.3 Regelstrecke 2. Ordnung mit einem Operationsverstärker . . . . 66 4.1.4 Regelstrecke mit Ausgleich und Verzögerung 3. Ordnung. . . . . 67 4.1.5 Regelstrecke mit Ausgleich und Verzögerung 4. Ordnung. . . . . 67 4.1.6 Regelstrecke 4. Ordnung mit ungleichen Zeitkonstanten . . . . . 68 4.1.7 Regelstrecke 4. Ordnung mit Störgröße . . . . HR 4.1.8 Regelstrecke mit Ausgleich und Verzögerung 5. Ordnung . ee 4.1.9 Regelstrecke mit Ausgleich und Verzögerung 6. Ordnung. . . . . 70 4.2. Regelstrecken ohne Ausgleich . . . . Veit Bias 570 4.2.1 Verzögerungsfreie Regelstrecke ohne Ausgleich. esate eho 4.2.2 Regelstrecke ohne Ausgleich, mit Verzögerung 1. Ordnung ce ee hl 4.2.3 Regelstrecke ohne Ausgleich, mit Verzögerung 2. Ordnung . . . . 71 43. Regler ... SEES, 1 alltime Meine, = ott ni ogy 4.3.1 Regelkreis mit 2-Punkt- -Regler . ee pe ates eae ainT oe” 4.3.2 Regelkreis mit P-Regler . . . Eh a u Ce ee € 4.3.3 Regelkreis mit I-Regler und PI- -Regler . ee et (>) 4.3.4 Regelkreis mit D-Regler und PID-Regler . . . . eier SER, 4.3.5 Regelkreis mit PID-Regler aus einem Operationsverstärker eS 4.3.6 Regelkreis mit Regelstrecke ohne Ausgleich!S tarsi. +28 .- ..... 80 5. Simulation und Lösung physikalischer Probleme ... . . 80 5.1. Kinematik . . . . ae ee ee; 22) 5.1.1 Weg und Geschwindigkeit TAN: Rees sae) (2 5.1.2 Begegnung zweier Fahrzeuge (mathematische lösung). IED. Oe 5.1.3 Begegnung zweier Fahrzeuge (Simulation des Vorgangs). . . . . 82 5.1.4 Begegnung zweier Fahrzeuge (physikalische Lösung) . . . . . . 83 5.1.5 Geschwindigkeit und Beschleunigung . ........... . 84 5 Gm reloraalll> aie tee ee Re er yor oot 52. =Balllsük.. 2°. EEE eee LENOEIEEN cate 32,7 ar OO 5.2.1 Freier Fall mit linearer Reibung eee ok. ge} > >) 5.2.2 Freier Fall mit quadratischer Reibung . . . Saat ya cher eal MSS 3 5.2.3 Schiefer Wurf (Registrierung mit TY-Schreiber) .. eas el is WU 5.2.4 Schiefer Wurf (Registrierung mit XY-Schreiber). . ...... . 88 5.2.5 Schiefer Wurf mit einstellbarem Winkel . . . ........ =. 89 5.2.6 Schiefer Wurf mit linearer Reibung . .........2..=. ~. 89 5.2.7 Beschleunigung einer Rakete . . . . a 0) 5.2.8 Beschleunigung einer Rakete im Schwerefeld, mit Reibung es: ee 53. a Dynanik: 77 . Maen ect eoe are | > < 5.3.1 Beschleunigen eines Kraftfahrzeuges . ee ET, | 5.3.2 Ausrollen eines Kraftfahrzeuges . -. . : : : 2» 22 nn... 96 5.3.3 Abbremsen eines Kraftfahrzeuges . . . 2 22 2220020... 97 5.3.4 Experiment zur Impulserhaltung . . . . 2... nn nn nn. 98 5.3.5 Eindimensionaler elastischer StoB .......2.2.2.2.2.2. .99 5.3.6 Impulserhaltung bei elastischem StoB . ....... =... .101 5.3.7 Energieerhaltung bei elastischem StoB .......... =. .101 5.4. Ausgleichsvorgänge . . ; .102 5.4.1 Entladung eines Kondensators (über einen nöhmächen, Widerstand .102 5.4.2 Radioaktiver Zerfall... . . ee es Ee aan SP! 5.4.3 Radioaktiver Zerfall mit stabilem n Endprodukt ee. = (403 5.4.4 Zerfallsreihe . . . . a een, | c 5.4.5 Ladungsausgleich zwischen z zwei Kondensatoren a s+, AF 5.4.6 Wärmeausgleich zwischen zwei Wärmebädern . . . . ee. 2. ASS 5.4.7 Temperaturausgleich in einer Kette von drei Wärmebädern . =: 105 5.4.8 Temperaturausgleich in einer Kette von fünf Wärmebädern . . . .106 5.4.9 Ein Modell zur Wärmeleitung . . » 2» 2 2 2 2 2 2222020. .107 5.5. Freie Schwingungen. . . . RE ER 2) 5.5.1 Elastisches Pendel mit linearer Reibung EEE fe Jae wet 5.5.2 Elastisches Pendel mit Gleitreibung ........ 2.2.2. =. .109 5:5.3° Mathematisches Pendel un. : 5 tis sales «pA... 109 5.5.45. GekoppelteiPendalw: knsi clenur N san tn 110 5.6. Erzwungene Schwingungen . . en sr SE IN | 5.6.1 Einschwingvorgänge bei linearem Resonanzsystem cali hic a ea aL 2 5.6.2 Resonanzkurven eines linearen Systems ......... . .118 5.6.3 Resonanzkurven eines nichtlinearen Systems ....... . .113 5.6.4 Erzwungene Schwingungen am Drehpendel ..... .. . .114 5.7. Schrödingergleichung des Einteilchensystems. ..... .. .115 5.7.1 Potentialtopf endlicher Tiefe ........ 2.4. .. .. .116 57.2 'Gekoppelte-Potentidle . ... - » . .-. are eo ew ws “IS 5:73: HarmonischerOszillator "se SS PSPS ee 5.119 6. Anhang...... ee PON 6.1. Registrierung der Lösungen mit einem Schreiber. . . . . . . .121 64:1. TY-Schreiberals XY-Schreiber., u... 1200; isst ere oe 1ST 6.1.2 XY-Schreiber als TY-Schreiber . . . . Ree See 6.2. Registrierung der Lösungen auf einem acini: bees AZZ 6.2.1 Beispiel: Einschwingvorgänge bei einem linearen Resonanzsystem .122 6.3. Steuerung mit programmierbarem Schalter ........ . .123 6.3.1 Betriebsarten des programmierbaren Schalters. . . . ns tes 6.3.2 Beispiel: Schrödingergleichung für gekoppelte Potentiale . en oe 6.4. Anwendungen mit Funktionsgenerator .......... .125 6.4.1 Beispiel: Resonanzkurve eines linearen Systems . .. 2.2. . .125 6.4.2 Beispiel: Resonanzkurve eines nichtlinearen Systems . . . . . .125 6.5. Fourieranalyse mit Oberwellengenerator ....... . . .126 6.6. Computer-Gratikon... sees se ee ne Oe S GAS ENGIOSB-SRIEBION A a a poe ae Sy ie gee A OT 6.6.2 Schnecke ... ae A ee 7 6.6.3 Spirale mit bewegtem Zentrum line a ee 28 6.6.4 Lissajous-Figuren für zwei fast gleiche Frequenzen SO Seley AS) 6.6.5 Kreis mit rechteckförmig moduliertem Radius ........ .130 6.6.6 Spirale mit sinusförmig moduliertem Radius ......... .131 6.6.7 Überlagerung zweier Kreisbewegungen. ......... . .132 67: RSP. on cs ee Sa ee enlne obeeinios erienre mendes 67108Splelile zu & Operations .~srarieaietiele gun 2 £185 67,23 Spielerei so. P Seine arctan BT; 6.8. Aufsätze, Berichte und Vorträge aus der SER RN RS eer Einleitung Durch Verknüpfung von mehreren Operationsverstärkern wird ein Modell eines elektronischen Analogrechners ge- schaffen, mit dem eine Vielzahl mathematischer und physi- kalischer Abhängigkeiten (Integrale, Differentialgleichun- gen, Pendelschwingungen, Verhalten von fremderregten Oszillatoren, Regelkreis, quantenmechanischer harmoni- scher Oszillator u.a. m.) simuliert werden kann. Als Lösung des Problems erscheint ein sich im allgemeinen mit der Zeit veränderndes elektrisches Potential, dessen Verlauf mit einem MeBinstrument, auf einem Schreiber oder Oszillo- skop verfolgt werden kann. In das Experiment eingehende Parameter und Anfangsbedingungen lassen sich leicht verändern und damit deren Abhängigkeiten untersuchen. Im hier beschriebenen Analogrechner sind 7 Operations- verstärker, 2 Multiplizierer, 4 Koeffizientenpotentiometer und das Netzteil enthalten. Die zur Programmierung erfor- derlichen Steckelemente (57603 - Satz Steckelemente) werden jeweils von außen vor die Eingänge und in die Rück- kopplungskreise der vorher offenen Operationsverstärker gesteckt. So wird der jeweilige Beschaltungszustand des einzelnen Verstärkers und damit seine Funktion äußerst transparent. Die Größe der aufgebrachten Symbolik ge- stattet auch den Einsatz des Analogrechners in der Demon- stration vor einer Klasse. Die Beschaltungsmöglichkeiten des Analogrechners sollen hier (in Einzelfällen gelegentlich willkürlich) aufgeteilt wer- den in Grundschaltungen und Anwendungen aus Mathe- matik, Regeltechnik und Physik. Im Anhang folgen noch einige Programme zur Simulation von Spielen, Hinweise zur Registrierung der Lösungen mit TY-Schreiber (575 60), XY-Schreiber (57566) oder Oszilloskop und Hinweise zum Einsatz eines programmierbaren Schalters (57607) zur Automatisierung des Rechenablaufs. Die abgebildeten Schaltpläne sind jeweils geometrisch so angeordnet, wie sie sich auch auf dem hier beschriebenen Analogrechner realisieren lassen. Sie sind im Maßstab 1:5 wiedergegeben mit Ausnahme der Grundschaltungen im Kapitel 2.1, hier ist als Maßstab 1:4 gewählt. Unter den Widerstandssymbolen können sich auch Verzweigungs- punkte befinden. Die Programme der Teile 2 bis 5 sind fast alle mit dem zur Programmierung angebotenen Satz Steckelemente (576 03) realisierbar. Lediglich bei den Programmen 3.3.2, 3.7.8, 5.2.6, 5.3.5-5.3.7, 5.4.4, 5.4.8, 5.4.9, 5.7.1-5.7.3, 6.6.4 wer- den zusätzlich ein oder zwei Kippschalter (579 13) benö- tigt, falls nicht der programmierbare Schalter (siehe unten) zur Verfügung steht. Die Zeitkonstanten beim Integrieren sind so groß gewählt, daß sich die Lösungen mit einem schnellen Meßinstrument, z.B. Doppelmavo, Nullpunkt Mitte (44286) mit Meßbereichsschaltkasten (442 84), oder einem Schreiber wiedergeben lassen. An Stelle der einzelnen Schalter, die von Hand zu festge- legten Zeiten (meist zu Beginn der Rechnung) betätigt werden müssen, kann der programmierbare Schalter (57607) verwendet werden. Mit ihm lassen sich bis zu 5 eingebaute elektronische Schalter zu vorgebbaren Zeiten automatisch ein- und ausschalten. Es ist dann ein ein- maliger oder auch repetierender Rechenablauf möglich mit Zykluszeiten in den Bereichen von etwa 20 s bis 30 s und auch von etwa 20 ms bis 30 ms. Sollen die Lösungen von Integralen und Differentialglei- chungen auf einem Oszilloskop registriert werden, sind beim Integrieren kleine Zeitkonstanten nötig. Diese lassen sich erreichen durch die zur Programmierung angebotene Ergänzung Steckelemente (57604). Im Anhang werden dazu Hinweise und einige entsprechend geänderte Pro- grammbeispiele gegeben. Es sei schließlich nicht unerwähnt geblieben, daß man den Integralbegriff erfolgreich mit dem Verhalten eines ent- sprechend beschalteten Operationsverstärkers einführen kann, sollte er von der Mathematik noch nicht gegeben sein. Ebenso lassen sich zahlreiche physikalische Pro- bleme lösen, ohne den Begriff der Differentialgleichung verwenden zu müssen. Das hier wiedergegebene Foto zeigt den Analogrechner (57601) zusammen mit dem TY-Schreiber (57560). Pro- grammiert ist eine lineare Differentialgleichung 2. Ordnung Auf der Klarsicht-Rollenfolie (57563) des TY-Schreibers werden Einschwingvorgänge als Lösungen registriert, die dann auch noch mit einem Schreibprojektor projiziert wer- den können. 1. Gebrauchsanweisung 1.1. Technische Daten 1.1.1 Analogrechner Ausführung: 7 Operation flache Grundplatte mit ausklapp- barem Ständer, hinter einem großen Programmierfeld sind eingebaut: sverstärker: als Differenzverstärker ausge- führte integrierte Schaltkreise, beide Eingänge zugänglich, Drift kompensierbar 1 Multiplizierer: Parabelmultiplizierer (4 Qua- dranten), integrierter Schaltkreis 1 Multiplizierer: integrierter Schaltkreis, umschalt- bar Multiplikation: 4 Quadranten Division: Nenner negativ Wurzel: Radikand positiv, Wurzel negativ 4 Potentiometer: 2,3 KQ, Auflösung 0,5% 120 Buchsenpaare: zur Beschaltung durch externe Elemente Netzteil: 110/220 V, 50-60 Hz, 18 W Sicherungen: T 0,2 B für 220 V T 0,315 B für 110 V Versorgungsspannung: +15 V für Operationsverstärker und Multiplizierer Signalspannung: +10 V Rechengenauigkeit: 3% Grenzfrequenz: je nach Programm etwa 1 kHz bis 10 kHz Abmessungen: 690 mm x 580 mm x 65 mm Gewicht: 10 kg 1.1.2 Zubehör zur Programmierung Satz Steckelemente (57603) für Zeitkonstanten von 0,002 s bis 10 s (Registrierung mit Meßinstrument, TY-Schreiber oder XY-Schreiber) bestehend aus: 57952 57711 57710 57709 57708 57707 57706 57705 57816 57815 50149 574.25 57851 57913 A, ‚3 Kippschalter, Steckelement __ 1 Tablett für 96 Steckelemente vo A 6 Widerstand, 200 kQ, 1% 8 Widerstand, 100 kQ, 1% 2 Widerstand, 50 kQ, 1% 2 Widerstand, 20 kQ, 1% 6 Widerstand, 10 kQ, 1% 2 Widerstand, 5kQ, 1% 2 Widerstand, 2 kQ, 1% 6 Kondensator, 4,7 uF, 5% 4 Kondensator, 1 pF, 5% 6 Satz 6 Verbindungsstecker 1 Satz 4 Verbindungskabel 2 Diode D1/1000, Steckelement Ergänzung Steckelemente (576 04) für Zeitkonstanten von 0,02 ms bis 44 ms (Registrierung mit Oszilloskop) be- stehend aus: 57709 57708 2 Widerstand, 50 KQ, 1% er 2 Widerstand, 20 kQ, 1% 57707 2 Widerstand, 10 kQ, 1% 2 57706 2Widerstand, 5KQ, 1% e— 57705 2 Widerstand, 2kQ, 1% —~ 57813 4 Kondensator, 220 nF, 5% # 57811 4 Kondensator, 47 nF, 5% ~— 57810 4 Kondensator, 10 nF, 5% „— 1.1.3 Programmierbarer Schalter Ausführung: 1 elektronischer Umschalter: 4 elektronische Schalter: geöffnet: geschlossen: Zeitbasis: Steuersignale: 1 Monoflop: 1 Monoflop: Triggerausgang: Betriebsarten: 1. automatisch: 2. manuell: 3. manuell: Stromversorgung: Abmessungen: Gewicht: flaches Pultgehäuse, hinter dem Programmierfeld sind eingebaut: integrierter Schaltkreis mit 2 Steuereingängen (jeweils positive Flanke), Umax = +15 V integrierte Schaltkreise mit je einem Steuereingang (positive Flanke) zum Öffnen und je einem Steuereingang (positive Flanke) zum Schließen des Schalters R>1 GQ, Umax =+15V Ri<200 Q, Imax = #30 mA mit kontinuierlichem Abschwä- cher und Umschalter für Zyklus- zeiten von etwa 20 s bis 30s und von etwa 20 ms bis 30 ms Zykluszeit 8fach unterteilt als Steuersignale (positive Flanke) für elektronische Schalter mit einstellbarer großer Zeitver- zögerung für Steuersignale 1,5 s bis 23s, bzw. 1,5 ms-23 ms mit einstellbarer kleinen Zeitver- zögerung für Steuersignale 0,3 s bis 4,5s, bzw. 0,3ms-4,5 ms für Oszilloskop, ansteigende Flanke zu Beginn eines Zyklus über Umschälter wählbar kontinuierliche Wiederholung der Zyklen ohne Pause Auslösung eines einzigen Zyklus durch Tastendruck oder Steuer- signal (negative Flanke) Auslösung eines einzigen Zyklus durch Steuersignal (negative Flanke), jedoch erst nach Be- tätigung eines Tasters. über Vielfachkabel vom Analog- rechner (57601) 280 mm x 185mm x85mm 1,3 kg 11 at ee 9 0 ©) LL: a6 | vo ¢ 1.21 1.2. Beschreibung 1.2.1 Analogrechner ® Sicherungshalter ® Steckbuchse für Netzanschlußkabel ® Netzschalter @® Betriebsanzeigelampe © Kontrollampe für positive Signalspannung © Anschlußmöglichkeit (Vielfachbuchse) für Stromversor- gung des programmierbaren Schalters (57607) ® Kontrollampe für negative Signalspannung ® Programmierfeld mit 7 Operationsverstarkern, 4 Koeffi- zientenpotentiometern und 2 Multiplizierern © nichtinvertierender Eingang eines Operationsverstar- kers; wird meist mit Masse verbunden ® invertierender Eingang eines Operationsverstarkers; wird meist als Signaleingang verwendet @ Schraubenzieherpotentiometer zum Driftabgleich @ Ausgang eines Operationsverstärkers ® Ausgang für negative Signalspannung, - 10 V ® Ausgang für positive Signalspannung, +10 V ® Koeffizientenpotentiometer, kann wahlweise an posi- tive und negative Signalspannung, an Masse oder an den Ausgang eines Operationsverstärkers angeschlos- sen werden ® Multiplizierer mit Umschalter für Multiplikation, Division und Bildung der Quadratwurzel ® Multiplizierer (links Eingänge, rechts Ausgang) ® Abdeckblech für Justierfeld der Multiplizierer; brauch im allgemeinen nicht geöffnet zu werden 1.2.2 Programmierbarer Schalter ® Umschalter für Zeitbasis ® Abschwächer für Zeitbasis @ Ausgänge für Steuersignale (positive Flanken) im Abstand von T/8 mit Zykluszeit T @ Steuereingänge für Umschalter; gelangt eine positiv Flanke an den oberen Eingang, so wird derrechte Sch ter von @ geöffnet und der linke geschlossen; gelang eine positive Flanke an den unteren Steuereingang, s wird der rechte Schalter geschlossen und der linke g öffnet ® Anschlußbuchsen für Umschalter ® Steuereingänge für Schalter; gelangt eine positi Flanke an den oberen Eingang, so wird der zugehöri Schalter geöffnet; gelangt eine positive Flanke an d unteren Steuereingang, so wird der Schalter geschloss ® Anschlußbuchsen für Schalter 298 were we PF ©0 00 © ol | Sera os “oe Da u —® 608500 122 ® Vielfachkabel zum Anschluß an Analogrechner, Buchse © ® Triggerausgang für Oszilloskop, er ist galvanisch ver- bunden mit dem linken und dem rechten der9 Ausgänge ®für Steuersignale ® Ausgang des Monoflops mit Steuersignal für Schalter ® Abschwächer für Monoflop @ Eingang zur Ansteuerung des Monoflops aus einem der Ausgänge ® für Steuersignale ® Triggereingang zur Auslösung (negative Flanke) eines Zyklus ® Taster zur Auslösung eines Zyklus ® Wahlschalter für Betriebsart links: automatische Wiederholung der Zyklen ohne Pause mitte: Auslösung eines einzigen Zyklus durch Druck auf Taster @oder Steuersignal (negative Flanke) an Buchse ® rechts: Auslösung eines einzigen Zyklus durch Steuer- signal (negative Flanke) an Buchse®, jedoch erst nach Druck auf Taster ® 1.3. Bedienung Auf richtige Netzspannung achten (Änderung durch inter- nes Umstecken siehe Kapitel 1.5). Gerät am Netz anschließen und mit Schalter ®einschalten. Betriebsanzeigelampe ® und Kontrollampen © und ® leuchten. Bei Kurzschluß oder Überlastung eines Ausgangs für Signalspannung ® oder ®erlischt die entsprechende Kon- trollampe. Kurzschluß gegebenenfalls beseitigen. Wenn dem Analogrechner Fremdspannungen zuge- führt werden, z.B. aus einem Funktionsgenerator, sind Potentiale über +15 V unbedingt zu vermeiden, da sonst bei Fehlschaltungen Operationsverstärker und Multiplizierer zerstört werden. Nach eigenen Entwürfen oder entsprechend den Pro- grammplanen der Teile 2 bis 6 programmieren. Weitere Hinweise finden sich, soweit notwendig, bei den einzelnen Schaltplanen. Bei erster Beschäftigung mit einem Analogrechner unbe- dingt die Abschnitte 2.1.2, 2.1.5-2.1.7 durcharbeiten. Gegebenenfalls programmierbaren Schalter iiber Vielfach- kabel @ zur Stromversorgung an Buchse © anschließen. Schaltzeiten nach Wunsch programmieren. Beispiele hier- zu siehe Kapitel 6.3. 1.3.1 Allgemeine Hinweise zu den Schaltplänen Die in den Teilen 2 bis 6 abgebildeten Programmpläne sind als Hilfe für den Anwender jeweils geometrisch genauso angeordnet, wie sie sich auf dem Analogrechner realisieren lassen. Als Folge davon kann sich ein Verzweigungspunkt auch unter einem Widerstandssymbol befinden. Einer Leitungsführung mit Verbindungssteckern wird im allgemeinen der Vorzug gegeben vor Kabelverbindungen, auch wenn dann gelegentlich ein kleiner Umweg in Kauf genommen werden muß. Mit Verbindungssteckern ver- bundene Buchsenpaare sind dabei in den durchgehenden Leitungsführungen nicht besonders gekennzeichnet. Wird dagegen ein Buchsenpaar mit Kabel verbunden, um z.B. eine größere Entfernung zu überbrücken, sind die Buchsen als offene Kreise (lösbare Verbindung) in den Schaltplänen- verzeichnet. Die an den passenden Stellen eingezeichneten Schalter können dort mit Kippschalter-Steckelementen verwirklicht werden. Bei Verwendung des programmierbaren Schalters anstelle der Kippschalter sind die einzelnen Schalter mit Kabelverbindungen an die gewünschten Stellen einzu- schleifen. Beispiele hierzu finden sich im Kapitel 6.3. Als einheitlicher Maßstab für alle Programmpläne wurde 1:5 gewählt mit Ausnahme der Grundschaltungen eines Operationsverstärkers im Kapitel 2.1, die etwas größer (1:4) dargestellt sind. Auch Bild 1.2.1, welches das ge- samte unbeschaltete Programmierfeld des Analogrech- ners zeigt, ist ebenfalls im Maßstab 1:5 wiedergegeben. In den Schaltplänen angeschriebene Potentiale U beziehen sich immer auf Masse und werden in Volt angegeben. Sind an den Ein- und Ausgängen der beschalteten Operations- verstärker keine Potentiale U sondern Werte angegeben, z.B. x, y, z, a, v/50 oder y/5, so ist eine Amplitudenskalie- rung vorgenommen worden (siehe folgenden Abschnitt). Die angeschriebenen Werte (z.B. y/5) sind (gegebenenfalls in ihren Einheiten) gleich 1 bei Vollaussteuerung der Ope- rationsverstärker oder Multiplizierer, also bei 10 V. 1.3.2 Amplitudenskalierung Die Behandlung mathematischer oder physikalischer Pro- bleme wird wesentlich erleichtert, wenn man als Ein- oder Ausgangsgrößen beschalteter Operationsverstärker gleich dimensionslose mathematische oder dimensionsbehaftete Physikalische Größen verwenden kann statt dertatsächlich vorhandenen Potentiale U. Fiir den Rechenbereich gilt beim hier beschriebenen Analogrechner: -10VSUS+ 10V Wird U ersetzt durch eine dimensionslose mathematische Größe y mit y = U/ß, so wird 8 so gewählt, daß für y als Rechenbereich gilt: -15yS5+1 Soll mit Werten von y gerechnet werden, deren Beträge größer als 1 oder wesentlich kleiner als 1 sind, so wird ein weiterer Skalierungsfaktor a zugefügt. Mit ay = U/ß und ß = 10 V folgt für ay als Rechenbereich: -1says+1 Im Schaltplan wird dann ay an Ein- oder Ausgang eines beschalteten Operationsverstärkers oder Multiplizierers geschrieben. Um eine optimale Rechengenauigkeit zu er- halten, wirdaso gewählt, daß der Rechenbereich möglichst ganz genutzt wird. Die Skalierungsfaktoren brauchen inner- halb eines Programmplanes nicht alle gleich zu sein. Beispiel: Es soll mit einem Operationsverstarker z = - 2y gebildet werden. Setzt man dazu ayy = U/ß und azz = U/ß mit B = 10 V, so kann man je nach den geforderten Bereichen für y und z unterschiedlich skalieren. a) Wählt man a, = 1 und a, = 1, so folgt Bild 1.3.2.1 als Lösung entsprechend Abschnitt 2.1.2. Als Widerstands- verhältnis ist 2 gewählt. Da|z|s 1 bleiben muß, darf | y | nicht größer als 0,5 werden. b) Wählt man a, = 2 und a, = 1, so folgt Bild 1.3.2.2 als Pro- grammplan. Als Widerstandsverhältnis muß jetzt c = — (— 2) az/ay = 1 genommen werden. y kann nicht größer als 0,5 werden. c) Will man für alle y mit | y |S 1 eine Lösung erhalten, so kann man a, = 1 und a, = 1/2 setzen. Als Programmplan folgt Bild 1.3.2.3 mit dem Widerstandsverhältnis c = 1. Skalierungsfaktoren können auch negativ sein. Soll z.B. z = 8+ 2y berechnet werden, braucht im Bild 1.3.2.3 ledig- lich a, = - 1 gesetzt zu werden (siehe auch nächstes Bei- spiel zur Berechnung von F = mg). Soll mit einem Operationsverstärker z = by berechnet werden, so muß allgemein für die Skalierungsfaktoren gelten: a,la,<O ala, > 0 fürb>O fürb<O Für das Wiederstandsverhältnis c am Operationsverstarker folgt dann: c = - b az/ay. Es kann gelegentlich nützlich sein, a./ay = - 1/b zu wählen; es folgt dann c = 1. Wird mit dimensionsbehafteten physikalischen Größen ge- rechnet, so wird der Faktor 8 noch durch die Einheit der physikalischen Größe dividiert. Für eine Geschwindigkeit v z.B. gilt: av = U/ß, mit 8, = 10 Vs/m und als Rechenbereich folgt: -1m/ssavs+ 1im/s Ist bei der Multiplikation mit einer Konstanten (siehe oben) der Faktor b dimensionsbehaftet, so gilt mit a.z = U/ß. und ayy = U/ß, für das Widerstandsverhältnis am Operations- verstärker: und das Verhältnis der Skalierungsfaktoren az/ay hat die Größenordnung von - f,/f-b. Beispiel: Es soll mit einem Operationsverstärker zunächst die Kraft F = mg und dann mit einem nachfolgenden Multiplizierer die potentielle Energie W = mgh berechnet werden für Massen m S 100 g, Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s? und Höhen hs 1 km. Setzt man: amm = U/Bm mit Bm = 10 V/kg aF = U/ßr mit Bp = 10 VIN anh = U/ßn mit Br = 10V/m awW = Ulßw mit Bw = 10 V/J so kann man die Skalierungsfaktoren a im Programmplan 1.3.2.4 wählen zu: am = - 10, negativ, damit das Ausgangssignal des Opera- tionsverstärkers (siehe Abschnitt 2.1.2) positiv wird. Es gilt |amm |S 1 kg. 1.3.2.1 100 k 1.3.2.3 14 h/1000 A = X) winooo 1.3.2.4 ar = 1, damit gilt af = armg S 1 N. Als Widerstandsverhält- nis wird gewählt: ‘co = - garBrlamBm = 0,981 = 200 kQ/202 kQ. ap = 1/1000, damit gilt: a,h S 1. aw = 1/1000, da der Multiplizierer verlangt aw = aran. Somit gilt auch awW = 1. Zum Multiplizierer siehe Abschnitt 2.2.1. Fur m = 20 g (- 2 V) und h = 500 m (+ 5 V) folgt z.B. für W = mgh = 98,1 J (+ 0,981 V). Bei den Programmbeispielen des Kapitels 5.1 wird noch einmal ausführlich die Amplitudenskalierung physikalischer Größen gezeigt. In den anderen Programmplänen der Teile 2 bis 6sind dagegen die Skalierungsfaktoren a meist gleich 1 gesetzt und nicht explizit erwähnt, um die Programme möglichst einfach zu halten. Sie können aber ohne weiteres entsprechend dem oben beschriebenen Formalismus auf größere oder kleinere Rechenbereiche übertragen werden. 1.3.3 Zeitskalierung am Integrierer Ein Analogrechner kann nur Integrale nach der Zeit be- rechnen. Entsprechend Abschnitt 2.1.6 erhält man mit U,(t) am Eingang eines Integrierers an dessen Ausgang: t U;(t)dt + Uo(0) ee Ul) == Re 0 Die Zeitkonstante RC wird durch die Werte der Beschal- tungselemente gegeben. Führt man zunächst entsprechend Abschnitt 1.3.2 eine Amplitudenskalierung mit y = U/ß und 8 = 10 V durch, so erhält man am Ausgang des Integrierers t yolt) =-— J yılddt + yo(0) RC 5 Wird die Zeit t ersetzt durch eine dimensionslose mathe- matische Größe x mit x = t/a, so erscheint am Ausgang des Integrierers: x Yo(x) = - RG ; Yı(x)dx + yo(0) Der Skalierungsfaktor a wird häufig so gewählt, daß der interessierende Bereich von x einer gut darstellbaren Zeit entspricht, z.B. 10's für Registrierung der Lösung mit einem TY-Schreiber oder 10 ms für Wiedergabe auf einem Oszillo- skop. Beispiel: Es soll fürOSxs 1 und yı = 1 mit einem Integrierer be- rechnet werden: x Yo(x) = - f yidx 0 Setzt man x = t/a mit a = 10s, so ist, wenn keine zusätzliche Amplitudenskalierung vorgenommen werden soll, die Zeit- konstante RC = «a zu wählen (Bild 1.3.3.1, zu Beginn der Rechnung ist Schalter S zu öffnen). Führt man für yı entsprechend Abschnitt 1.3.2 noch eine Amplitudenskalierung mit a; = 1/10 durch, so wird die Zeit- konstante kleiner (Bild 1.3.3.2). Es gilt: RC = @/10. 47uF ai il 4,7 pF Yo + | S 47 uF 200 K] Yo 133.2 Soll mit einem Integrierer das Integral nach x x Yo(x) =b f yi(x) dx 0 berechnet werden, so muß für den Zeitskalierungsfaktor 15 a>O gelten und für die Amplitudenskalierungsfaktoren: aolaı <0 ao/a; > O fürb>O fürb<O Für die erforderliche Zeitkonstante des Integrierers folgt dann: RC=--a ol | a 6 l= Wird die Zeit t ersetzt durch eine dimensionsbehaftete physikalische Größe s (z.B. Weg), so ist « noch durch die Einheit dieser Größe zu dividieren. Soll z.B. einem Weg s = 1 m eine Zeit t = 10 s entsprechen, so ist a = 10 s/m zu wählen. Beispiel: Es soll die Arbeit W als Funktion der in Richtung der Kraft F zurückgelegten Strecke s berechnet werden: Ss W(s) = a F(s) ds 0 Es sei F(s) = 1 N. Interessiert man sich für s in dem Bereich 0=s 210m, so kann man den Zeitskalierungsfaktor a = 1 s/m und mit 6 = 10 V/N und fw =10 V/J die Amplituden- skalierungsfaktoren wählen zu ar = - 1/10 und aw = 1/10 (Bild 1.3.3.3). Für die Zeitkonstante RC muß dann gelten: RC = - aarßrlawßw = 18. -FI1O Ww/10 1.4. Justierung des Analogrechners Die beiden Multiplizierer werden justiert ausgeliefert und brauchen im allgemeinen vom Anwender selten oder nie nachjustiert werden. Deshalb sind die dazu erforderlichen Potentiometer hinter einem Abdeckblech ® dem unmittel- baren Zugriff entzogen. Die sieben Operationsverstarker werden vorjustiert ausge- liefert und brauchen im allgemeinen vom Anwender selten nachjustiert werden. Zum Driftabgleich ist je ein mit einem Schraubenzieher erreichbares Potentiometer ® (siehe Bild 1.2.1) vorgesehen. 1.4.1 Driftabgleich eines Operationsverstärkers Werden die Eingänge eines offenen Verstärkers über je einen Widerstand (z.B. 10 kQ) an Masse gelegt, so er- scheint im allgemeinen am Ausgang nicht Null, sondern der Verstärker ist übersteuert und zeigt hier etwa + 13 V oder - 13 V (siehe Abschnitt 2.1.1). Koppelt man das Ausgangs- signal über einen Kondensator C entsprechend Bild 1.4.1 auf den invertierenden Eingang zurück, so lädt sich ein zunächst ladungsfreier Kondensator mehr oder weniger schnell auf + 13 V oder - 13 V auf. Diese Drift kann durch Betätigung des Schraubenzieher-Potentiometers ® mini- miert werden. Zum Driftabgleich (Bild 1.4.1) zunächst Schalter S schlie- Ben. Der Kondensator wird entladen. Nach Öffnen des Schalters S versuchen, durch Betätigung des Potentiometers® das Ausgangssignal konstant in der Nähe von Null zu halten. 1.3:33 Bei den Programmbeispielen der Kapitel 3.2 und 3.4 wird noch einmal ausführlich eine Zeitskalierung gezeigt, und ir den Kapiteln 3.5 und 3.6 wird ebenfalls die Zeit als unab- hängige Variable ersetzt durch eine dimensionslose mathe- matische Größe. In den anderen Programmplänen der Teile 2 bis 6 wird dagegen meist auf eine Zeitskalierung ver- zichtet, um die Programme möglichst einfach zu halten. 1.41 Bei der so gefundenen Potentiometerstellung ist die Zeit T, in der sich die Ausgangsspannung um 10 V ändert, ein Maß für die Güte des Driftabgleichs. Für C = 1 pF ist eine Zeit von 10 Minuten und mehr erreichbar (bei C = 4,7 pF etwa eine Stunde). Steht die Ergänzung Steckelemente (57604) zu Verfügung, kann man zur Feinabstimmung einen Kondensator C = 10 nF verwenden. Als Zeit kann jetzt T = 10s erreicht werden. Ersetzt man den Widerstand Re im Bild 1.4.1 durch einen Verbindungsstecker, so wird T etwa zehnmal kleiner. Wird jetzt erneut ein Driftabgleich durchgeführt, werden die Werte für T wieder etwas besser. 16 In den Schaltplanen der Teile 2 bis 6 wird jeweils auf einen Widerstand Re verzichtet, um die Schaltungen einfacher und übersichtlicher zu halten. Der dabei möglicherweise auftretende Rechenfehler ist im allgemeinen vernach- lässigbar. Will man die trotz Abgleich verbleibende geringe Drift eines mit einem Kondensator rückgekoppelten Opera- tionsverstärkers (Integrierer, siehe Abschnitt 2.1.6) auch bei großen Rechenzeiten vernachlässigbar halten, so ist gegebenenfalls C auf Kosten von R zu vergrößern. 1.4.2 Abgleich der Multiplizierer Zum Abgleich der Multiplizierer das Abdeckblech ® (siehe Bild 1.2.1) von der Frontplatte des Analogrechners ent- fernen. Die jetzt sichtbaren Potentiometer 1-6 (siehe Bild 1.4.2) dienen zum Abgleich des oberen Multiplizierers und die Potentiometer 7-10 zum Abgleich des unteren Multiplizierers. Zo Xo Yo 1.4.2 Es bedeuten: Zo Ausgangsnullabgleich Xo Eingangsnullabgleich A Yo Eingangsnullabgleich B Zm Multiplikationsabgleich Zp Divisionsabgleich Zr Abgleich für Wurzel Multiplikationsabgleich: 1. Eingange A und B auf Null legen und das Ausgangs- signal mit Potentiometer Zo auf Null einstellen (Ab- weichung < 1 mV). 2. Eingang A auf Null und Eingang B wechselweise auf + 10 V legen. Mit einer Stellung des Potentiometers Xo den Ausgang möglichst für beide Fälle auf Null bringen. 3. Eingana B auf Null und Eingang A wechselweise auf + 10 V legen. Mit einer Stellung des Potentiometers Yo den Ausgang möglichst für beide Fälle auf Null bringen. 4. Diese drei Operationen der Reihe nach öfters wieder- holen, bis die Abweichung von Null bei Punkten 2 und 3 kleiner als 50 mV beträgt. 5. Beide Eingänge auf + 10 V bzw. auf - 10 V legen und Ausgangsspannung mit Potentiometer Zm auf: 10 V ein- stellen (Abweichung 0,1 V). Divisionsabgleich: 6. Mit Schalter den oberen Multiplizierer auf A/B stellen. 7. Eingang B mit - 10 V und Eingang A wechselweise mit + 10 V belegen. Mit Potentiometer Zp die Ausgangs- spannung auf — 10 V bzw. + 10 V bringen. Abgleich für Wurzel: 8. Mit Schalter den oberen Multiplizierer auf - / A stellen. 9. Eingang A auf + 10 V legen und mit Potentiometer Zr die Ausgangsspannung auf - 10 V bringen. 1.5. Umrüsten auf Netzanschlußspannung 110 V Netzstecker ziehen. Schrauben am Rand der Frontplatte lösen. Gerät mit der Frontplatte nach unten auf den Arbeitstisch legen und Kunststoffwanne abnehmen. Transformator und Leiter- platte 40076504 werden sichtbar. Bild 1.5 zeigt den An- schluß für 220 V; die beiden Primärwicklungen des Trans- formators liegen in Serie. ] © ae FA eee 400 76 504 1.5 Federstecker © von Kontaktzunge © lösen und auf Kon- taktzunge ® stecken. Federstecker @ von Kontaktzunge® lösen und auf Kon- taktzunge © stecken. Die beiden Primärwicklungen des Transformators liegen jetzt parallel. Neue Netzsicherung (T 0,315 B) in Sicherungshalter ® (siehe Bild 1.2.1) einsetzen. 17 2. Grundschaltungen Die in dieser Broschiire angegebenen Programmbeispiele werden aufgeteilt in Grundschaltungen und Anwendungen aus Mathematik, Regeltechnik und Physik. Sie bilden eine kleine Auswahl der auf dem Analogrechner realisierbaren Programme. Im folgenden Teil 2 werden zunächst einige einfache Be- schaltungen eines Operationsverstärkers, der Summierer und der Integrierer, vorgestellt. Es folgen Beispiele mit Multiplizierern und nichtlineare Beschaltungen von Opera- tionsverstärkern mit Dioden und zahlreiche Anwendungen. Es werden auch noch die Schaltungen einiger Generatoren angegeben, die sich nur schlecht den Programmen der Mathematik oder Physik zuordnen ließen. 2.1. Grundschaltungen eines Operations- verstärkers Operationsverstärker (Rechenverstärker) bilden die Grund- bausteine des Analogrechners. Im Idealfall hat ein Opera- tionsverstärker die folgenden Eigenschaften: @ Der Verstärkungsfaktor Vist für alle Frequenzen unend- lich groß. @ Für alle Frequenzen beträgt die Phasenverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal 180°. @ Die Eingangsimpedanz ist unendlich groß. @ Die Ausgangsimpedanz ist null. Bei den im Analogrechner (57601) eingebauten Opera- tionsverstärkern beträgt die Verstärkung etwa - 1 0°, sie ist frequenzabhängig und bei 1 MHz etwa auf 1 abgesunken. Der Eingangswiderstand beträgt etwa 1 MQ, der Ausgangs- widerstand einige 100 Q. Mit einem offenen (nicht rückgekoppelten) Verstärker (siehe Abschnitt 2.1.1) lassen sich noch keine Rechen- operationen durchführen. Erst eine geeignete Rückführung des Ausgangssignales auf den Eingang ergibt ein sinn- volles Verhalten. 2.1.1 Der offene Verstärker Versucht man die Verstärkung des nicht rückgekoppelten (offenen) Verstärkers zu bestimmen, so stellt man auch bei gut abgeglichene