1.3.1 放大器失真

如果一个输入信号在经过放大器后所产生的输出信号中包含其他频率分量的信号，就称为放大器的非线性。非线性是放大信号时最不希望看到的结果，由于非线性失真导致真实的信号所包含的信息发生了畸变，这将给后续的信号处理带来很大的困难。信号的失真表示如图1.2所示。

图1.2 信号的失真表示

从图1.2中可知，放大器是非线性的，实际的输出信号是输入信号与3次谐波信号的叠加，用下式表示：

其与噪声不同，实际上是不可能消除失真的。因此，只能使用合适的器件将失真降到最低。

实际上，在大多数情况下很难准确确定放大器的非线性方程。如果知道了这个非线性方程，那么就可能消除或解决非线性问题。然而，即便是最简单的非线性，也很难消除。例如，考虑一个叠加二次谐波的系统：

试着求解该方程，将V_in表示为V_out的函数。事实上，该方程没有唯一解。

非线性将会在数字信号处理中引起一系列的问题，如丢失或者屏蔽了想要的信号分量。在一定程度上，每个放大器都是非线性的。然而，如果在所感兴趣的信号频率范围内，非线性信号的功率非常小，则可以将放大器看作是线性的。在上面的例子里，非线性2次谐波分量占基波电压的1/5（功率的1/25），这是非常高的。因此，该放大器应看作是非线性的。根据系统的线性理论知识，也可以将系统划分为弱非线性、中度非线性或强非线性。