Розуміння та відновлення джерела живлення від аналогового комп’ютера 1969 року
Історія комп’ютерів, відновлення старовинних комп’ютерів, зворотне проектування ІС та ін
Розуміння та відновлення джерела живлення від аналогового комп’ютера 1969 року
Нещодавно ми розпочали відновлення старовинного аналогового комп’ютера 1. На відміну від цифрового комп'ютера, який представляє числа з дискретними двійковими значеннями, аналоговий комп'ютер виконує обчислення, використовуючи фізичні, постійно мінливі значення, такі як напруги. Оскільки точність результатів залежить від точності цих напруг, точність аналогового комп'ютера є критично важливою. Цей допис у блозі обговорює, як працює блок живлення цього комп’ютера, і як ми вирішили з ним проблему. Це другий допис у серії; у першій публікації обговорювались точні операційні підсилювачі в комп'ютері.
Раніше аналогові комп’ютери були популярними для швидких наукових обчислень, особливо диференціальних рівнянь, але в 70-х роках майже вимерли, коли цифрові комп’ютери стали потужнішими. Зазвичай їх програмували шляхом підключення кабелів до патч-панелі, отримуючи спагетті-подібний клубок проводів. На фотографії зверху кольорова патч-панель знаходиться посередині. Над патч-панеллю 18 потенціометрів встановлюють рівні напруги для введення різних параметрів. Менша патч-панель для цифрової логіки знаходиться у верхньому правому куті.
Блок живлення
Комп’ютер використовує дві опорні напруги: +10 В і -10 В, які джерело живлення повинен генерувати з високою точністю. (У старих аналогових комп’ютерах на базі трубки зазвичай використовуються еталони +/- 100 В.) Блок живлення також забезпечує регульовані +/- 15 В для живлення операційних підсилювачів, потужності для різних реле в комп’ютері та потужності для ламп.
На фотографії вище показано блок живлення в нижній частині задньої частини аналогового комп’ютера. Блок живлення складніший, ніж я очікував. Розділ ліворуч перетворює лінійну напругу змінного струму в низьковольтний змінний і постійний. Ці виходи надходять у клітку картки праворуч, яка має 8 друкованих плат, які регулюють напругу. Складні джгути на верхній частині блоку живлення забезпечують живлення п'яти аналогових обчислювальних модулів над джерелом живлення, а також решти комп'ютера.
На старовинному комп’ютері важливо переконатися, що джерело живлення працює належним чином, оскільки якщо він генерує неправильну напругу, результати можуть бути катастрофічними. Отже, ми продовжуємо методично, спочатку перевіряючи компоненти блоку живлення, потім перевіряючи виходи джерела живлення, від’єднавшись від решти комп’ютера, і, нарешті, живимо весь комп’ютер.
Секція трансформатора/випрямляча
Ми почали з того, що відключили блок живлення від комп’ютера та від’єднали дві половини. Ліва половина блоку живлення (внизу) виробляє чотири нерегульованих виходи постійного струму та низьковольтний вихід змінного струму. Містить два великих силові трансформатори, чотири великих конденсатори фільтра, випрямлячі на шпильках (верхня частина задньої частини), менші діоди (спереду справа) та запобіжники. Це великий і дуже важкий модуль через трансформаторів. 2 Менший трансформатор живить лампи та реле, тоді як більший трансформатор живить джерела живлення +15 та -15 вольт, а також генератор. Імовірно, використання окремих трансформаторів запобігає впливу шуму та коливань ламп та реле на точні контрольні джерела.
Однією з проблем старих джерел живлення є те, що електролітичні конденсатори можуть з часом висихати і виходити з ладу. (Ці конденсатори - це великі циліндри, наведені вище.) Ми виміряли ємність та опір великих конденсаторів (використовуючи старовинний лічильник HP LCR від Marc), і вони протестували нормально. Ми також перевірили вхідний опір блоку живлення, щоб переконатися, що там не було явних замикань; все здавалося добре.
Ми вийняли всі картки з каркаса, обережно підключили блок живлення і. нічого взагалі не сталося. З якоїсь причини до джерела живлення не надходила напруга змінного струму. Запобіжник був очевидним підозрою, але це було нормально. Карл запитав про вимикач живлення на панелі управління, і ми з'ясували, що перемикач підключений до джерела живлення через розетку з написом "CP" (нижче). Ми додали перемичку, включили живлення і цього разу виявили очікувані напруги постійного струму від модуля.
Карти регулятора
Далі ми протестували різні картки живлення окремо. Блок живлення має чотири плати регулятора, що генерують "напругу лампи", "+15", "-15" та "напругу реле". Призначення плати регулятора полягає в тому, щоб взяти нерегульовану напругу постійного струму з модуля трансформатора і зменшити її до бажаної вихідної напруги.
Ми підключили плати регулятора, використовуючи джерело живлення як вхід, щоб переконатися, що вони працюють належним чином. Ми налаштували потенціометр на регуляторі +15 В, щоб отримати рівно 15 В виходу. Регулятор -15 В здавався темпераментним, і напруга стрибала, коли ми його регулювали. Я запідозрив брудний потенціометр, але він встановив стабільний вихід (оповідач: це передвіщення). Ми не знаємо, якими повинні бути напруги лампи та реле, і вони не є критичними, тому ми залишили ці плати невідрегульованими.
На фотографії вище зображена одна з карт регулятора; Ви можете подумати, що в ньому багато компонентів лише для регулювання напруги. Перший чіп регулятора напруги був створений в 1966 році, тому цей комп’ютер використовує замість цього лінійний регулятор, побудований з окремих компонентів. Великий металевий транзистор на радіаторі - серце регулятора напруги; він виглядає як змінний резистор для управління вихідним сигналом. Решта компонентів подають керуючий сигнал на цей транзистор для отримання бажаного виходу. Стабілітрон (жовта та зелена смуги праворуч) виступає в якості опорного значення напруги, і вихід порівнюється з цим еталоном. Менший транзистор генерує керуючий сигнал для силових транзисторів. У нижньому правому куті для регулювання вихідної напруги використовується багатообертовий потенціометр. Більші конденсатори (металеві циліндри) фільтрують напругу, тоді як менші конденсатори забезпечують стабільність. Більшість джерел живлення лише через кілька років замінить усі ці компоненти (крім конденсаторів фільтра) на мікросхему регулятора напруги.