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正弦信号的应用和频域分析

2020年5月10日通过罗伯特Keim
本视频教程讨论正弦信号的实用方面:它们代表什么,以及它们如何在电路中使用?
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正弦电压和电流在电气系统中如此普遍的一个原因是交流有利于电力的分配。发电厂的发电机产生正弦电压,这种交流电压的幅值可以通过变压器很容易地增加或减少。在这个视频中,我们将关注正弦电压和转换的电流信息而不是电力。

正弦信号在本质上

正弦电信号的重要性与自然现象具有正弦特性密切相关。例如,声波和水波可以表示为正弦,而简单的调和运动——如钟摆或弹簧上的重物——在位置和时间之间形成正弦关系。此外,电磁辐射以一种由正弦振荡的电场和磁场组成的波来传播。

这张图说明了电磁辐射的传播方式。

电路和系统不是孤立存在的。相反,它们是一种控制机械部件、监测物理过程、产生或接收电磁信号以及分析环境变化的手段。正弦关系存在于围绕着电子设备的世界中,因此许多电子设备都包含了正弦信号。

音频

录音和再现声音是电子技术最有影响力和最著名的应用之一,而正弦信号在设计音频系统的电气工程师的工作中扮演着重要角色。

麦克风产生与气压变化相对应的正弦电压信号;这些信号被传送到放大器,放大器产生的正弦信号可以被分析、修改或存储以供以后使用;功率放大器将正弦电压转换成可以驱动扬声器的信号;扬声器将正弦信号转换回气压变化。我们也可以合成的声音通过使用电子振荡器产生频率与音阶音符相对应的正弦电压。

无线通信

无线传输声音、视频和数据的能力已经改变了人类社会。无线电系统通过产生正弦信号,在放大器和天线的帮助下,产生电磁辐射,可以远距离传播,并穿过固体物体,从而实现了这类通信。

特殊的调制利用技术来修改正弦信号,使其能够将信息从发射机传送到接收机。在之前的视频中,我们讨论了区分正弦信号与正弦信号的三个特征:振幅、频率和相位。射频电气工程师使用这些相同的参数作为调制变量;这些变量的变化可以以电磁辐射的形式传递,通过电子接收器恢复,并解释为承载信息的信号。下面的图表将帮助您可视化两种常见的模拟调制类型:

频域分析

正弦信号的一些非常有趣的应用发生在没有正弦信号的电路中——或者至少信号没有正弦信号出现是正弦。

事实证明,电信号可以被分析,就好像它们是通过多个不同频率和振幅的正弦波相加而产生的一样。这个概念是基于傅里叶变换这是一个数学过程,它将一个普通信号转换成一系列表示信号频率内容的正弦信号。当我们分析一个随时间变化的振幅信号时,我们在时间域。另一方面,如果我们分析一个信号作为频率的集合,我们是在频域。

下面的图表向您展示了多个正弦波是如何组合成一个没有正弦波形状的信号的。

这个图让你了解到多个正弦波是如何组合成一个没有正弦波形状的信号的。

结论

本教程完成了我们对电子信号的介绍。在下一章中,我们将探讨最重要的电子元件的特性和功能。