Rechenverstärker - operational amplifiers

29.01.2018

Operationsverstärker bilden das zentrale Rechenelement von Analogrechnern.In der EAI 231-RV kommen sog. chopper-stabilisierte Verstärker mit Elektronenröhren zum Einsatz. Je zwei solcher Verstärker sind in einem Einschub auf einer Platine realisiert; insgesamt ist der Rechner in Birlinghoven mit 68 solcher "Dual DC Operational Amplifier, Model 6.217-4" Einschübe bestückt - ein für damalige Verhältnisse großer Ausbau.

Ein Operationsverstärker ermöglicht – sein Name ist Programm – mathematische Operationen; je nach Beschaltung der Eingänge und des Rückzweigs (wird am Programmierfeld des Rechners vorgenommen) lassen sich mit dieser elektronischen Schaltung Addition, Subtraktion, Faktorisierung und Integration durchführen.

Dual DC Operational Amplifier, Model 6.217-4, vor der Instandsetzung
© Foto Bernd Johann

Dual DC Operational Amplifier, Model 6.217-4, vor der Instandsetzung

Einen gezogenen Einschub vor der Restaurierung zeigt dieses Bild. Die Verstärker sind symmetrisch angeordnet; nur eine Röhre teilt ihre beiden Trioden auf.

Ein weiteres Bild zeigt einen Verstärker-Einschub nach seiner Ertüchtigung. Mittig ist das Chopper-Relais zu erkennen, das die Eingangsspannung bei 93 Hz zerlegt und anschließend wieder gleichrichtet. Dieser vorgelagerte AC-Verstärker vermindert den Drift der Schaltung und stabilisiert das Frequenzverhalten. Von vorne lassen sich die Vestärker mit Hilfe eines Potentiometers "Nullen"; eine Glimmlampe signalisiert die Übersteuerung des Vestärkers.

Dual DC Operational Amplifier, Model 6.217-4
© Foto Bernd Johann

Dual DC Operational Amplifier, Model 6.217-4

Eine Elektronenröhre vom Typ 7719 im Tube Tester TV-7 D/U
© Foto Bernd Johann

Eine Elektronenröhre vom Typ 7719 im Tube Tester TV-7 D/U

Um Funktionsfähigkeit und Dynamik der Elektronenröhren sicher zu stellen haben wir die Röhren in einem original amerikanischen Tube-Tester - einem TV 7D/U geprüft. Viele der Röhren zeigen noch eine gute Emission.

Im Bild zu sehen ist der erste "Warm-Test" eines Rechenverstärkers in der Werkstatt zu sehen: Die Elektronenröhren heizen; nach Anlegen der Betriebsspannungen lässt sich eine erste Rechnung ausführen: Ein Eingangswert durchläuft die  Operation *(-1).

Die Röhren-Heizungen eines Zweifach-Verstärkers in Betrieb.
© Foto Bernd Johann

Die Röhren-Heizungen eines Zweifach-Verstärkers in Betrieb.

Stromlauf eines Rechenverstärkers, aus Korn & Korn, 1964
© Foto Bernd Johann

Stromlauf eines Rechenverstärkers, aus Korn & Korn, 1964

Das nebenstehende Schaltbild verdeutlicht den prinzipellen Aufbau eines chopper-stabilisierten Röhrenverstärkers. Die Abbildung stammt aus "Electronic Analog and Hybrid Computers" von Granino und Theresa Korn, New York, 1964; das technische Standardwerk für Analogrechner.