درک سیگنال‌های موج سینوسی
سینوسی موج یک نوع از موج‌های پیوسته است که نوسانات صاف و تکراری دارد. این موج بر اساس تابع مثلثاتی سینوس یا کسینوس بنا شده است که منحنی موج را توصیف می‌کند. سیگنال‌های موج سینوسی در ریاضیات، فیزیک، مهندسی، پردازش سیگنال و بسیاری از زمینه‌های دیگر معمول هستند. در این مقاله، ما توضیح خواهیم داد که چه چیزی سیگنال موج سینوسی است، چگونه مشخص می‌شود و چرا مهم است.
چه چیزی سیگنال است؟
قبل از تعریف سیگنال موج سینوسی، بیایید ابتدا بفهمیم چه چیزی به طور کلی سیگنال است. سیگنال نمایانگر هر مقداری است که با زمان یا مکان متغیر است. به عنوان مثال، صدای صدا، دما در یک اتاق، ولتاژ یک باتری و موقعیت یک خودرو همه سیگنال هستند. سیگنال‌ها می‌توانند اندازه‌گیری و ثبت شوند به عنوان مقادیر در نقاط مختلف زمان یا مکان.
یک سیگنال می‌تواند به عنوان یک تابع از زمان یا مکان نمودار شود که نشان می‌دهد چگونه مقدار در دامنه تغییر می‌کند. این را نمایش گرافیکی سیگنال می‌نامند. به عنوان مثال، نمودار زیر یک سیگنال را نشان می‌دهد که دما را در یک اتاق در طول یک روز نشان می‌دهد.
برخی از سیگنال‌ها ثابت هستند، به این معنی که مقدار آنها با زمان یا مکان تغییر نمی‌کند. به عنوان مثال، سرعت نور و شتاب ناشی از گرانش سیگنال‌های ثابت هستند. برخی از سیگنال‌ها متغیر با زمان یا مکان هستند، به این معنی که مقدار آنها با زمان یا مکان تغییر می‌کند. به عنوان مثال، صدای صدا و ولتاژ یک باتری سیگنال‌های متغیر با زمان هستند.
برخی از سیگنال‌ها دوره‌ای هستند، به این معنی که الگوی آنها پس از یک بازه زمانی یا مکانی ثابت تکرار می‌شود. به عنوان مثال، دما در یک اتاق در طول یک روز یک سیگنال دوره‌ای است، زیرا هر ۲۴ ساعت یکبار تکرار می‌شود. برخی از سیگنال‌ها غیردوره‌ای هستند، به این معنی که الگوی آنها با زمان یا مکان تکرار نمی‌شود. به عنوان مثال، صدای صدا یک سیگنال غیردوره‌ای است، زیرا الگوی ثابتی ندارد.
چه چیزی سیگنال موج سینوسی است؟
سیگنال موج سینوسی یک نوع خاص از سیگنال دوره‌ای است که نوسانات صاف و تکراری دارد. این موج بر اساس تابع مثلثاتی سینوس یا کسینوس بنا شده است که منحنی موج را توصیف می‌کند. نمودار زیر یک مثال از سیگنال موج سینوسی را نشان می‌دهد.
سیگنال موج سینوسی می‌تواند به صورت ریاضی به صورت زیر بیان شود:
y(t)=Asin(2πft+φ)=Asin(ωt+φ){\displaystyle y(t)=A\sin(2\pi ft+\varphi )=A\sin(\omega t+\varphi )}
که در آن:
y(t) مقدار سیگنال در زمان t است
A دامنه سیگنال است که حداکثر انحراف از صفر است
f فرکانس سیگنال است که تعداد چرخه‌ها در ثانیه است
ω= 2πf فرکانس زاویه‌ای سیگنال است که نرخ تغییر زاویه در رادیان در ثانیه است
φ{\displaystyle \varphi } فاز سیگنال است که زاویه اولیه در زمان t= 0 است
فرکانس و فرکانس زاویه‌ای تعیین می‌کنند که سیگنال چقدر سریع نوسان می‌کند. فرکانس یا فرکانس زاویه‌ای بالاتر به معنای چرخه‌های بیشتر در زمان کمتر است و برعکس. فاز تعیین می‌کند که سیگنال چه زمانی شروع به چرخه می‌کند. فاز مثبت به معنای جلوتر شدن در زمان و فاز منفی به معنای تأخیر در زمان است.
سیگنال موج سینوسی یک چرخه را وقتی کامل می‌کند که از صفر به قله مثبت، از قله مثبت به صفر، از صفر به قله منفی و دوباره به صفر می‌رسد. مدت یک چرخه دوره (T) سیگنال نامیده می‌شود که به طور معکوس با فرکانس متناسب است:
T=1/f{\displaystyle T=1/f}
فاصله بین دو قله یا دو دره متوالی طول موج (λ) سیگنال نامیده می‌شود که به طور معکوس با فرکانس زاویه‌ای متناسب است:
λ=2π/ω{\displaystyle \lambda =2\pi /\omega }
شکل یک سیگنال موج سینوسی وقتی به یک سیگنال موج سینوسی دیگر با همان فرکانس و دامنه و فاز دلخواه اضافه می‌شود تغییر نمی‌کند. این ویژگی سیگنال‌های موج سینوسی را برای تحلیل سیگنال‌های پیچیده با استفاده از سری فوریه و تبدیل فوریه مفید می‌کند.
چرا سیگنال‌های موج سینوسی مهم هستند؟
سیگنال‌های موج سینوسی برای بسیاری از کاربردها در حوزه‌های مهندسی برق و الکترونیک مهم هستند. برخی از کاربردهای اصلی عبارتند از:
سیستم‌های صوتی
سیستم‌های صوتی از سیگنال‌های موج سینوسی برای ضبط و بازسازی صدا استفاده می‌کنند. موج‌های صوتی تغییرات فشار هوا هستند که می‌توانند به صورت سینوسی‌هایی با فرکانس‌ها و دامنه‌های مختلف نمایش داده شوند. میکروفون‌ها موج‌های صوتی را به سیگنال‌های الکتریکی سینوسی تبدیل می‌کنند که می‌توانند تقویت، پردازش، ذخیره یا انتقال یابند. بلندگوها سیگنال‌های الکتریکی سینوسی را با لرزاندن یک دیافراگم به موج‌های صوتی تبدیل می‌کنند. ما می‌توانیم صدا را با استفاده از اسیلاتورهای الکترونیکی تولید کنیم تا سیگنال‌های سینوسی با فرکانس‌ها و دامنه‌های مورد نظر را تولید کنیم.
ارتباطات بی‌سیم
سیستم‌های ارتباطات بی‌سیم از سیگنال‌های موج سینوسی برای انتقال و دریافت اطلاعات از طریق موج‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند. موج‌های الکترومغناطیسی از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی تشکیل شده‌اند که از طریق فضا منتشر می‌شوند. سیستم‌های رادیویی دامنه، فرکانس یا فاز یک سیگنال حامل سینوسی را با سیگنال اطلاعاتی مدوله می‌کنند تا داده را رمزگذاری کنند. سیگنال مدوله شده سپس تقویت و توسط آنتن تابیده می‌شود. آنتن گیرنده موج الکترومغناطیسی را دریافت و سیگنال را دمودوله می‌کند تا اطلاعات را بازیابی کند.
سیستم‌های برق
