正弦信号的应用和频域分析

正弦电压和电流在电气系统中如此普遍的原因之一是，交流电促进了电能的分配。发电厂中的发电机产生正弦电压，并且该交流电压的幅度可以通过变压器轻松地增大或减小。但是，在本文中，我们将重点介绍传递信息而不是电能的正弦电压和电流。

大自然中的正弦曲线

正弦电信号的重要性与自然现象具有正弦特性的事实密切相关。例如，声波和水波可以表示为正弦波，而简单的谐波运动（如钟摆或弹簧上的重锤的谐波运动）会导致位置和时间之间呈正弦关系。而且，电磁辐射以由正弦振荡的电场和磁场组成的波的形式传播。

该图为电磁辐射的传播方式。

电路和系统不是孤立存在的。相反，它们是控制机械组件，监测物理过程，生成或接收电磁信号以及分析环境变化的一种手段。在围绕电子设备的世界中存在正弦关系，因此许多电子设备都包含正弦信号。

声音

声音的记录和再现是电子技术中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占主导地位。

麦克风会产生与气压变化相对应的正弦电压信号；这些信号被送到放大器，放大器产生正弦信号，可以对其进行分析，修改或存储以备后用；功率放大器将正弦电压转换为可驱动扬声器的信号；扬声器将正弦信号转换回气压变化。我们还可以通过使用电子振荡器生成声音的正弦电压来合成声音，例如频率对应于音阶音符。

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使这种通信成为可能，该正弦信号在放大器和天线的帮助下产生可传播很长距离并穿过固体物体的电磁辐射。

特殊的调制技术用于修改正弦信号，以使它们可以将信息从发射机传送到接收机。将一个正弦曲线与另一个正弦曲线区分开的三个特征：幅度，频率和相位。射频电气工程师将这些相同的参数用作调制变量。这些变量的变化可以作为电磁辐射传递，由电子接收器恢复，并解释为带有信息的信号。下图将帮助您可视化两种常见的模拟调制类型：

频域分析

正弦波的一些非常有趣的应用发生在没有正弦波信号的电路中，或者至少信号看起来不是正弦波的。

事实证明，可以对电信号进行分析，就好像它们是通过添加具有不同频率和幅度的多个正弦波产生的一样。这个概念基于傅立叶变换，它是一个数学过程，将正常信号转换为代表信号频率内容的一系列正弦曲线。当我们将信号分析为随时间变化的幅度时，我们正在时域中工作。另一方面，如果我们将信号分析为频率集合，那么我们正在频域中工作。

下图让您了解了多个正弦波如何组合成不具有正弦曲线形状的信号。