# Лабораторная: интегратор и дифференциатор на ОУ (АЧХ/ФЧХ + Monte Carlo + автосвип)

Комплект к теме `topics/lab5-peredatochnaya-funkciya-na-ou.md`
(«Электронные устройства мехатронных и робототехнических систем»,
Б1.В.06, 5 семестр, 4 ч).

> AI-сгенерировано (2026-10-26), требует проверки преподавателем
> перед использованием на стенде.

## Контракт

Оформлено по контракту `labs/`:

```
labs/lab5-peredatochnaya-funkciya-na-ou/
├── meta.yaml                          ← контракт
├── task.md                            ← задание студенту
├── method.md                          ← методичка преподавателю
├── README.md                          ← этот файл
├── print/                             ← брошюры DOCX (rpd methodical)
└── stub/
    ├── 01-dds-generator-rp2040.ino    ← генератор-свип (Arduino, RP2040)
    ├── 02-izmerenie-achh.py           ← автоснятие АЧХ по Serial
    └── 03-blank-otchyota.md           ← бланк отчёта студента
```

## Новое относительно `topics/lab5-peredatochnaya-funkciya-na-ou.md`

1. **Monte Carlo по допускам** (`.step param`) — новый для курса анализ
   в симуляторе: разброс K и f_c при ±5 % на компонентах, доля годных.
2. **Генератор-свип на RP2040** — автономный генератор для натурной
   части: прямоугольник (ШИМ) и синус (DDS), логарифмический свип,
   синхроимпульс для осциллографа, измерение амплитуды на ADC0.
3. **Хост-скрипт автоснятия АЧХ** — управление генератором по Serial,
   сбор точек, экспорт CSV, построение графика.
4. **Явное разделение практики и лаборатории:** симуляция — на практическом
   занятии (2 ч), железо — на лабораторном (4 ч), отчёт — СРС.

## Предупреждения по стенду

- **ADC0 RP2040: 0…3,3 В.** Сигнал с выхода исследуемой цепи ≥ 3,3 В
  подавать **только через делитель** или пиковый детектор.
- **Питание ОУ:** LM358 работает при однополярном +5…+12 В, TL081 —
  при ±12 В. Уточнить по фактическому стенду.
- **Синус DDS:** качество зависит от внешнего ФНЧ после ШИМ (см. схему
  ниже). Без фильтра на выходе будет меандр переменной скважности,
  а не синус.

## Схема DDS-генератора (внешняя обвязка)

ШИМ сам по себе даёт **меандр переменной скважности**, а не синус.
Синус получается выделением огибающей фильтром. Поэтому на выходе
GP15 нужен внешний **ФНЧ**:

```
GP15 (ШИМ 62,5 кГц) ──[R1 1к]──┬──[R2 1к]──┬──────► OUT (вход DUT)
                               │           │
                             [C1 47н]    [C2 47н]
                               │           │
                              GND         GND
```

Пассивный ФНЧ 2-го порядка, **f_c ≈ 3,4 кГц**:

- подавление несущей: `(62,5 / 3,4)² ≈ 338 ≈ 50 дБ` → пульсации ≈ 10 мВ;
- рабочий диапазон генератора: **≈ 1 Гц … 1 кГц** (для звена
  с f_c = 16…34 Гц — с запасом).

### Две оговорки

1. **Согласование сопротивлений.** Выход фильтра ≈ 1 кОм, вход
   интегратора — R1 = 10 кОм → делитель 10/11, просадка ≈ 9 %.
   Если нужна точность — поставить буфер-повторитель на ОУ
   (**Sallen–Key**: тот же 2-й порядок + низкое выходное).

2. **Постоянная составляющая.** При скважности 50 % среднее = `Uпит/2`
   = 1,65 В, синус смещён. Где смещение недопустимо — разделительный
   `C = 1 мкФ` последовательно + `R = 47 кОм` на землю (ФВЧ ≈ 3,4 Гц),
   либо уменьшить амплитуду командой `M`.

### Варианты фильтра под другую несущую

| SAMPLE_HZ | R | C | f_c |
|---|---|---|---|
| 62,5 кГц | 1 кОм | 47 нФ | 3,4 кГц |
| 62,5 кГц | 2,2 кОм | 22 нФ | 3,3 кГц |
| 31,25 кГц | 2,2 кОм | 47 нФ | 1,5 кГц |

## Как использовать

1. `task.md` + `stub/03-blank-otchyota.md` — студенту.
2. `stub/01-dds-generator-rp2040.ino` — прошить в RP2040 заранее
   (или дать студенту в задании 4).
3. `stub/02-izmerenie-achh.py` — запускается на ПК студента (нужен pyserial).
4. `method.md` — только преподавателю.
5. Брошюры: `uv run rpd methodical lab5-peredatochnaya-funkciya-na-ou`.

## Связи

- **Практика** `pr5-raschet-analogovyh-ustrojstv` — расчётная часть
  (K, R1, R2, фильтры) выполняется там.
- **Лекция** `le5-metody-modelirovaniya` — типы анализа; Monte Carlo
  и `.step` — прямое применение.
- **Лекция** `le5-proektirovanie-analogovyh-ustrojstv` — топология ОУ.
- **ТАУ** (`b1-o-23`) — передаточные функции и типовые звенья идут
  параллельно в 5 семестре; эта работа даёт им физическую реализацию.

## Статус

Черновик (draft). Тема `lab5-peredatochnaya-funkciya-na-ou` существует
в `topics/`; комплект в `labs/` — подготовлен для интеграции после
проверки преподавателем и согласования сквозной работы по мехатронике.