非線形歪み

非線形歪みは、（電子工学、オーディオ、電気通信などの分野で）電子デバイスの「入力」信号と「出力信号」間の非線形関係の現象を説明するために 使用される用語です。

多くのデバイスでは、線形モデルは小さな信号レベルに対してのみ正確です。たとえば、2ボルトの入力では、一般的なオーディオアンプは20 V を出力し、線形ゲインは 10 V/V になります。3 V の入力では、30 V を出力する可能性があります。ただし、モデルでは 50 V の入力で 500 V が生成されることが示唆されていますが、これはほとんどのアンプでは不可能です。

数学的には、多くのデバイスの入力と出力の関係は、以下に示すように、多項式またはテイラー級数で記述されます。

${\displaystyle v=\sum _{k=1}^{\infty }a_{k}u^{k}}$

uの値が大きくなると、やなどの高次の係数が作用します。 ${\displaystyle a_{2}}$${\displaystyle a_{3}}$

非線形性は、一般的な状況では望ましくないいくつかの影響を及ぼす可能性があります。たとえば、入力が周波数 の正弦波である場合、項は、以下に示すように、 の追加の正弦波を生成します。 ${\displaystyle a_{3}}$${\displaystyle \omega }$${\displaystyle 3\omega }$

${\displaystyle v=(a_{1}+{\frac {3}{4}}a_{3})sin(\omega t)-{\frac {1}{4}}a_{3}sin(3\omega t)}$

特定の状況では、このスプリアス信号は「高調波」が使用周波数範囲からはるかに外れているためにフィルタリングで除去できますが、たとえばケーブルテレビでは、3 次歪みによって 200 MHz 信号が 600 MHz の通常チャネルに干渉する可能性があります。 ${\displaystyle 3\omega }$

異なる周波数の 2 つの信号の重ね合わせに非線形歪みを適用すると、回路が周波数ミキサーとして動作し、相互変調歪みが発生します。