模擬計算機

用於系統模擬的模擬解算裝置。第一台電子模擬計算機於1946年研製成功。與數字計算機不同，模擬計算機的原理是基於不同物理量變化規律在數學描述上的相似性。模擬計算機的機器變數是連續變化的電壓變數，對於變數的運算是基於電路中電壓、電流、元件等電特性的相似運算關係。例如電路節點上任一支路電流等於其餘各支路電流之和（基爾霍夫定律），這是加法運算的基礎。又如，電容是積累電荷的元件，當電荷流入電容器，電容兩端電壓增大，它的數學關係表現為電流對時間的積分，這就是實現積分運算的基礎。

通用電子模擬計算機的組成包括：線性運算部件(比例器、加法器、積分器等),非線性運算部件（函數產生器、乘法器等），控制電路，電源，排題接線板，輸出顯示與記錄裝置。

模擬計算機特別適合於求解常微分方程，因此也被稱為模擬微分分析器。物理系統的動態過程多數是以微分方程的數學形式表示的，因此模擬計算機很適用於動態系統的模擬研究。模擬計算機在工作時是把各種運算部件按照系統的數學模型聯結起來，并行地進行運算，各運算部件的輸出電壓分別代表系統中相應的變數。因此模擬計算機具有處理速度高和能直觀表示出系統內部關係的特點。

線性運算部件 現代模擬計算機的線性運算部件是由高增益直流放大器、精密電阻和電容等線性元件組合成的。直流放大器一般用圖1中的符號表示。圖中A是放大倍數，A的數值可以從幾萬倍到幾百萬倍。輸出電壓EO等於輸入電壓EI與放大倍數A 的乘積並取相反的極性。如果按照負反饋的原理在輸入和反饋迴路中接入電阻（圖2），當A值足夠大，相加點電壓e即接近於零。根據基爾霍夫定律，流經兩個電阻的電流將近似相等，因而可以得出下面的關係式：

模擬計算機

只要放大倍數足夠大，放大器的輸出電壓與輸入電壓之間的關係取決於兩個電阻之比，並取相反極性。這就是線性運算部件中最簡單的比例運算器。根據同樣的原理，可以求出加法運算器電路和積分運算器電路（圖3）的運算關係式：

非線性運算部件 二極體具有單嚮導通特性，把它接入運算放大器的輸入和反饋迴路中就能使運算關係呈現非線性特性。這種性質被用來實現平方、正弦、餘弦、對數等特定函數特性和限幅、死區、磁滯等典型非線性特性。圖4是一個分壓器式的函數產生單元電路。根據二極體的單嚮導通特性，電路中的二極體只有在正端電壓 e大於零的情況下才是導通的。因此，當輸入電壓EI小於參考電壓E時，電壓e取負值，二極體截止，輸出EO為零。當EI大於E時，電壓e取正值，二極體導通，輸出電壓利用多個單元電路的組合，還可以產生由多個不同斜率的折線段疊加而成的複雜函數。

乘法器也是一種重要的非線性部件，它可以完成兩個變數的相乘。乘法器的類型很多，如機電式乘法器、脈衝調製乘法器、四分之一平方乘法器、混合乘法器等。四分之一平方乘法器是最常見的一種乘法器（圖5），它是利用平方函數部件和運算放大器的組合電路來實現下面的乘法關係：

控制電路 模擬計算機的控制電路主要用於運算部件的狀態控制。對於多數運算部件控制的狀態只有兩種：準備狀態（用於運算部件的零位調整）和計算狀態（運算狀態）。積分器除準備狀態和計算狀態外還有設置狀態（用於給定積分器初始電壓）和保持狀態（保持各運算部件的輸出在該瞬時的數值供檢測用）。狀態控制是通過一組機電式電子開關的組合實現的。

排題接線板 模擬計算機運算部件的輸出和輸入，通常是連接到一個集中的排題板上。排題板上連接孔的位置是按照一定的規律排列的，連接孔標以不同的色彩，以便連接時區分部件的類型和功能。現代模擬計算機的排題板都是可更換的，一台模擬計算機可有 8～10塊排題板，供使用者在機下進行程序編排。更先進的排題方式是採用電子開關矩陣，開關的個數可以達數萬個，通過對開關的控制自動完成排題線的連接。

通用模擬計算機的組成還包括作為電壓變數運算基準的參考電源、用於記錄和顯示輸出的設備，以及供電用的穩壓電源等。