mss
7f8b52aa2c
- mbed-ядро: только mbed API, hardware/pwm.h и hardware/timer.h не нужны - CircuitPython: один цикл DDS + опрос USB-консоли (без threading), f_s меряется на старте - прямоугольник < 20 Гц — программный (тот же ШИМ)
117 lines
6.9 KiB
Markdown
117 lines
6.9 KiB
Markdown
# 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;
|
||
│ оба ядра: earlephilhower и mbed)
|
||
├── 01-dds-generator-rp2040-circuitpython.py
|
||
│ ← то же на CircuitPython (code.py)
|
||
├── 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); альтернатива — `...-circuitpython.py`
|
||
на Pico с прошивкой CircuitPython (как `code.py`).
|
||
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.
|