درک سیگنال‌های موج سینوسی
یک سیگنال موج سینوسی نوعی از موج پیوسته است که نوسانات هموار و تکرار شونده دارد. این موج بر اساس تابع مثلثاتی سینوس یا کسینوس است که منحنی موج را توصیف می‌کند. سیگنال‌های موج سینوسی در ریاضیات، فیزیک، مهندسی، پردازش سیگنال و بسیاری از زمینه‌های دیگر رایج هستند. در این مقاله، ما توضیح می‌دهیم 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 درک کنیم که چه چیزی به طور کلی سیگنال است. یک سیگنال نماینده هر مقداری است که با زمان یا مکان متغیر است. به عنوان مثال، صدای یک صدا، دما 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 صورت یک تابع از زمان یا مکان نمودار شود که نشان می‌دهد چگونه مقدار آن در دامنه تغییر می‌کند. این را نمایش گرافیکی سیگنال می‌نامند. به عنوان مثال، نمودار زیر یک سیگنال را نشان می‌دهد که دما یک اتاق را 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 جاذبه سیگنال‌های ثابت هستند. برخی از سیگنال‌ها با زمان یا مکان تغییر می‌کنند، به این معنی که مقدار آنها با زمان یا مکان تغییر می‌کند. به عنوان مثال، صدای یک صدا و ولتاژ یک باتری سیگنال‌های با زمان تغییر می‌کنند.
برخی از سیگنال‌ها متناوب هستند، به این معنی که الگوی آنها پس از یک بازه زمانی یا مکانی ثابت تکرار می‌شود. به عنوان مثال، دما یک اتاق در طول یک روز یک سیگنال متناوب است، زیرا هر ۲۴ ساعت تکرار می‌شود. برخی از سیگنال‌ها غیرمتناوب هستند، به این معنی که الگوی آنها در طول زمان یا مکان تکرار نمی‌شود. به عنوان مثال، صدای یک صدا یک سیگنال غیرمتناوب است، زیرا الگوی ثابتی ندارد.
چه چیزی سیگنال موج سینوسی است؟
سیگنال موج سینوسی نوع خاصی از سیگنال متناوب است که نوسانات هموار و تکرار شونده دارد. این موج بر اساس تابع مثلثاتی سینوس یا کسینوس است که منحنی موج را توصیف می‌کند. نمودار زیر یک مثال از سیگنال موج سینوسی را نشان می‌دهد.
یک سیگنال موج سینوسی می‌تواند به صورت ریاضی به صورت زیر بیان شود:
y(t)=A\sin(2\pi ft+\varphi )=A\sin(\omega t+\varphi ){\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 دورهای هر ثانیه است
ω= 2πf فرکانس زاویه‌ای سیگنال است که نرخ تغییر زاویه در رادیان هر 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 دورهای بیشتر در زمان کمتر است و برعکس. فاز تعیین می‌کند که سیگنال چه زمانی دوره خود را شروع می‌کند. فاز مثبت به معنای پیشی گرفتن در زمان و فاز منفی به معنای تأخیر در زمان است.
سیگنال موج سینوسی یک دور را کامل می‌کند وقتی از صفر به قله مثبت، به صفر، به قله منفی و دوباره به صفر می‌رود. مدت یک دور را دوره (T) سیگنال می‌نامند که به طور مستقیم متناسب با فرکانس است:
T=1/f{\displaystyle T=1/f}
فاصله بین دو قله یا دامنه متوالی را طول موج (λ) سیگنال می‌نامند که به طور مستقیم متناسب با فرکانس زاویه‌ای 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 تجزیه 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 عنوان سینوس‌های 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 ارتعاش یک دیافراگم به موج‌های صوتی تبدیل می‌کنند. می‌توانیم صدا را با استفاده از نوسان‌سازهای الکترونیکی تولید کنیم تا سیگنال‌های سینوسی با فرکانس‌ها و دامنه‌های مورد نظر تولید کنیم.
ارتباطات بی‌سیم
سیستم‌های ارتباطات بی‌سیم از سیگنال‌های موج سینوسی برای ارسال و دریافت اطلاعات از طریق موج‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند. موج‌های الکترومغناطیسی از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی که به صورت سینوسی نوسان می‌کنند و از طریق فضا منتشر می‌شوند تشکیل شده‌اند. 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 دریافت‌کننده موج الکترومغناطیسی را جمع‌آوری کرده و سیگنال را دمودوله می‌کند تا اطلاعات را بازیابی کند.
سیستم‌های برق
