非线性失真现象与减小方法
我们知道，电工学中著名的欧姆定律是表示加在电阻上的电压与通过该电阻的电流成正比的关系。这时，电流随所加电压而变化的曲线是一条直线，如图1所示。当加在电阻上的电压有变化时（例如在直流电压上迭加一个交变电压（Us），电路中的电流也随之成比例地变化，因此电路输出电流的波形和输入电压波形相同（参看图1）。这种电流和电压的关系叫做“直线性”关系，或简称“线性”关系。
在无线电技术中，除了这种直线性关系的电路外，还广泛应用着许多不服从欧姆定律的电路，例如其中包含有电子管、铁心变压器等的电路。在这种电路中，电流强度的变化不与作用电压成正比，或者说，电流随电压而变化的关系曲线不是一条直线。这种电路就叫做“非直线性”电路，或简称“非线性”电路。由于电路中的电流不能随作用电压成比例地变化，所以输出信号的波形就和输入的信号不一样了，产生了所谓“失真”现象。这样的失真就叫做“非线性失真”。
下面看一个电子管放大器产生非线性失真的例子。图2画出了电子管的屏栅特性曲线，也就是屏流随栅压而变化的关系曲线。这个曲线在中部接近于直线，但是在下部就变成弯曲的了。如果信号电压较小（曲线1），栅压变化超不出特性曲线直线段的范围，那么屏流也就会成正比地变化（曲线l'），不会产生失真。但如果信号电压较大（曲线2），使栅压变化进入了特性曲线的弯曲段，那么，屏流变化波形（曲线2'）就和信号电压波形不一样了，屏流的负半周变得平钝，而且振幅比正半周小。这就是说，发生了非线性失真。
如果输入的是一个频率为f1的正弦信号（图3a），那么，由于非线性失真，输出信号就不是一个正弦信号了（图3b）。理论分析指出，这种输出信号是由频率为f1、2f1、3f1……等一系列正弦波合成的。或者说，由于特性曲线的弯曲，输出信号中除了含有和输入信号频率f1相同的频率分量外，还出现了一些新的附加频率分量f2=2f1，f3=3f1等。这些为f1整数倍的频率分量，叫做“谐波”，而频率为f1的分量称为“基波”。因此，非线性失真又叫“谐波失真”。一般三次以上的各次谐波分量比较小，可以忽略不计。为了简明起见，我们假定图3b的输出信号中只包含有基频分量f1（图3c）和二次谐波分量f2=2f1（图3d），那么特曲线c和d迭加起来，就得到了曲线b。
由此可见，非线性失真的实质是输出端出现了输入端所没有的谐波分量。谐波分量越大，失真就越严重。所以通常用输出信号中所有谐波分量的功率之和对有益基频信号功率的比值来表示非线性失真的程度。把这个比值开平方后得到的数值以百分数表示，就叫做非线性失真系效γ，即
式中U1、U2、U3分别表示基波、二次谐波、三次谐波电压的幅度。因为作用比较显著的通常只是二次谐波和三次谐波，所以计算非线性失真时一般只考虑U1、U2、U3就行了，其它高次谐波可以忽略不计。
收音机或扩音机电路中有了非线性失真，就会使声音沙哑、模糊不清，发生嘶嘶的尖叫声、爆烈声等。一般说来，当非线性失真系数为1～3％时，耳朵还觉察不出来；达8～12％时，声音质量就显著变坏；如果达到了15～25％，听起来就很不舒服了。所以在广播设备中，非线性失真系数不宜超过5～10％。在通信设备中，主要要求能听清说话就行，所以非线性失真系数可以容许在15％以内。
一般情况下，放大设备都是由几级放大器组成的。这时，总的非线性失真系数等于各级放大器非线性失真系数之和。实际上，由于末级功率放大器输入信号最大，电子管特性曲线运用的范围最长，所以末级功率放大器的非线性失真最大，前面电压放大器的非线性失真则很小，一般可以忽略不计。另外，输出变压器、扬声器也会产生显著的非线性失真。
为了减小非线性失真，必须正确地选择元件，设计电路，选择电子管的合适的工作点。另外也可以采用负反馈、推挽电路等措施来减小非线性失真。
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