アナログ計算機
質量・バネを使ったシステムを考えてみる。物理的にシステムを作るには、まずバネ・おもりを接続して適当な定着装置で固定し、適当な入力範囲に対応できる試験装置をつけて、最後に実測する。 電気的に等価なものは、増幅装置(オペアンプ)と受動線形部品で構成できる。回路内では、質量にあたるものはポテンショメータで調節できる。このような電気的システムは、物理システムの類推であることからアナログコンピュータと呼ばれる。
これらは条件毎に現物を試作して確かめるよりも安価、安全に構築でき、簡単に変更可能で網羅的な条件で模擬的な検討が可能となる。また電子回路はシミュレート対象の機械系システムよりも高速に動作することが多いため、シミュレーションは実時間以上に高速化され、即座に結果が得られる。欠点はダイナミックレンジ(最大出力/雑音レベル)によって変数の範囲が限られることである。
連立方程式求解機の原理は、そのままオペアンプにより電気回路(電子回路)に置き換えることができる。また、微分解析機のような微積分にはキャパシタンスやインダクタンスが利用できる(精度は相対的なものもあり課題次第である)。
なお、微分解析機の原理をそのままデジタル化し専用の電子機器としたものがDDA(en:Digital differential analyzer)である。
以下は、実際に開発され実用に供されたアナログ計算機の例である。
日時計
水時計
天球儀
太陽系儀
アストロラーベ
天文時計
トルクエタム
計算尺
微分解析機
MONIACコンピュータ
ノモグラム
ノルデン爆撃照準器
コマンドゲレーテ
オペアンプ
プラニメータ
射撃盤
カメラの自動露出機構
スキャニメイト
潮位予測器(英語版)
アナログシンセサイザーは一種のアナログコンピュータとみなすこともできる。その技術にはアナログコンピュータの技術から生まれたものが含まれている。
アメリカ合衆国におけるアナログコンピュータのユーザー協議会として Simulation Council があった。かつては The Society of Modeling and Simulation International という名称でも知られていた。この団体の1952年から1963年までのニューズレターがオンラインで公開されており、当時のアナログコンピュータ事情がうかがえる。
日本では「電子式計算機を指してコンピュータとする」ということがあるため、電子式アナログ計算機を「アナログコンピュータ」とすることがある。以降の節では主としてこの電子式アナログ計算機(ないしアナログ電子式計算機)すなわちアナログコンピュータについて述べる。
アナログコンピュータは、演算増幅器、コンデンサー、抵抗、ポテンショメーター、ダイオードなどを用いて(この回路が縮小・集約されたのが集積回路)、積分器、加算器、符号反転器、係数器あるいは乗算器、非線形函数発生器などの演算要素を構成して、これを組み合わせて方程式を構成、初期条件を与えて解を求めるもので、微分方程式を解くのに多く用いられる。多くの場合、反転増幅器と抵抗、コンデンサーを用いて加算器兼符号反転ミラー積分器を構成する。
演算結果の表示器として、ペン書き記録計を利用するものを「低速型」、オシロスコープなどCRTに繰り返し描画させるものを「高速型」「繰り返し型」と呼んだ。CRT表示ではちらつき回避に毎秒25回程度以上の繰り返しが必要となり、その繰り返し時間より長時間の現象は時間軸変換をして演算表示させた。
機械系、電気系を問わず物理現象を方程式に現して座標軸換算を行いアナログ計算機に方程式をセットして演算を行い、その結果を元の物理量に引き直して読み取るものである。実用上、演算増幅器の使用可能周波数範囲が広く取れないので、高域特性を求められる微分器を汎用に用いることはなく、微分方程式は積分器を使うよう式展開して使うのが普通である。