放大器失真
放大器失真有多种形式，例如由削波（ Clipping）引起的幅度失真（Amplitude Distortion）、频率失真（Frequency Distortion）和相位失真（Phase Distortion）。
要使信号放大器正常工作且输出信号无任何失真，其基极（ Base）或栅极（Gate）端子需要某种形式的直流偏置（DC Bias）。设置直流偏置的目的是让放大器能对输入信号的整个周期进行放大，且偏置静态工作点（Q-point）应尽可能设置在负载线的中间位置。
偏置静态工作点的设置会使放大器呈现 “甲类（Class-A）” 放大组态，其中最常见的结构为：双极型晶体管（Bipolar Transistors）采用 “共射极（Common Emitter）” 组态，单极型场效应管（Unipolar FET Transistors）采用 “共源极（Common Source）” 组态。
放大器提供的功率增益、电压增益或电流增益（即放大倍数），等于输出信号峰值与输入信号峰值的比值（输出 ÷ 输入）。
然而，若放大器电路设计不当，导致偏置静态工作点在负载线上的位置错误，或向放大器输入过大的信号，最终输出信号可能无法精确复现原始输入信号的波形。换句话说，放大器会出现通常所说的 “放大器失真”。请参考下方的共射极放大器电路（注：原文提及 “下方电路”，此处基于文本描述还原核心场景）：
共射极放大器
输出信号波形产生失真，可能源于以下原因：
· 偏置电平不当，导致放大器无法对信号的整个周期进行放大；
· 输入信号过大，导致放大器中的晶体管受电源电压限制（无法正常工作）；
· 在整个输入信号频率范围内，放大器的放大作用并非线性（即不同频率信号的放大倍数不一致）。
这意味着在信号波形的放大过程中，出现了某种形式的 “放大器失真”。
放大器的设计初衷，是将小电压输入信号放大为幅度大得多的输出信号。这意味着对于所有输入频率的信号，输出信号始终是输入信号乘以某个固定系数或数值（即增益）后的结果。前文已提及，这个乘法系数被称为晶体管的 β 值（Beta 值）。
共射极或共源极类型的晶体管电路，在处理小交流输入信号时表现良好，但存在一个主要缺点：双极型放大器偏置静态工作点的计算位置，依赖于所有晶体管的 β 值 —— 而即使是同一型号的晶体管，其 β 值也会存在差异。换句话说，由于制造过程中固有的公差，同一型号的不同晶体管，其静态工作点未必相同。
这种情况下，放大器会因自身的非线性特性而产生失真，这类失真被称为 “幅度失真”。通过精心选择晶体管和偏置元件，可帮助减小放大器失真的影响。
由幅度失真引起的放大器失真
当频率波形的峰值被衰减时，会产生幅度失真。这种失真源于静态工作点的偏移，导致放大器无法对信号的整个周期进行放大。输出波形的这种非线性特性如下所示（注：原文提及 “下方波形图”，此处基于文本描述补充核心信息）：
由偏置不当引起的幅度失真
若晶体管的偏置点设置正确，输出波形应与输入波形形状相同，仅幅度更大（即被放大）。若偏置不足，导致静态工作点位于负载线的下半部分，输出波形会如右侧所示 —— 输出波形的负半周被 “截止”（cut-off）或 “削波”（clipped）；同理，若偏置过大，导致静态工作点位于负载线的上半部分，输出波形会如左侧所示 —— 正半周被 “截止” 或 “削波”。
此外，当偏置电压设置过小时，在信号负半周期间，晶体管无法充分导通，输出信号会受电源电压限制；当偏置过大时，在信号正半周期间，晶体管会进入饱和状态，输出电压几乎降至零。
即便偏置电压设置正确，若输入信号经电路增益放大后幅度过大，输出波形仍可能产生失真。此时，输出电压信号的正半周和负半周都会被削波，不再呈现正弦波形状 —— 这种情况即使在偏置正确时也会发生。这类幅度失真被称为 “削波失真”，是放大器输入 “过驱动”（over-driving）的结果。
当输入信号幅度过大时，削波现象会变得十分明显，迫使输出波形超出电源电压范围（即 “电源轨”），导致波形的峰值（正半周）和谷值（负半周）被 “削平” 或 “截去”。为避免这种情况，必须将输入信号的最大值限制在特定水平，以防止上述削波效应（如前文波形所示）。
由削波引起的幅度失真
幅度失真会大幅降低放大器电路的效率。无论是因偏置不当还是输入过驱动导致的输出波形 “平顶”，都不会对所需频率下输出信号的强度产生任何贡献。
尽管如此，一些著名的吉他手和摇滚乐队实际上偏爱极具辨识度的 “高失真” 或 “过驱动” 音色 —— 通过将输出波形向正负电源轨严重削波来实现。此外，对正弦波的削波程度不断加大，会使放大器失真达到极高水平，最终输出波形近似 “方波”，这种波形可用于电子合成器或数字合成器电路中。
前文已提及，对于直流信号，放大器的增益水平会随信号幅度变化；而除了幅度失真外，交流信号在放大器电路中还可能产生其他类型的失真，例如 “频率失真” 和 “相位失真”。
由频率失真引起的放大器失真
频率失真是晶体管放大器中常见的另一种失真类型，当放大器的放大倍数随频率变化时，就会产生这种失真。实际放大器需要放大的输入信号，通常包含被称为 “基波频率”（Fundamental Frequency）的目标信号波形，以及叠加在基波上的若干不同频率信号 —— 这些信号被称为 “谐波”（Harmonics）。
正常情况下，这些谐波的幅度仅为基波幅度的一小部分，因此对输出波形几乎无影响；但如果谐波频率的幅度相对于基波频率增大，输出波形就会产生失真。例如，参考下方波形（注：原文提及 “下方波形图”，此处基于文本描述补充核心信息）：
由谐波引起的频率失真
在上述示例中，输入波形包含基波频率和二次谐波信号，右侧为最终输出波形。当基波频率与二次谐波叠加时，会导致输出信号失真，这种情况即为频率失真。谐波的频率始终是基波频率的整数倍，在本简易示例中，我们使用的是二次谐波。
因此，二次谐波的频率为基波频率的 2 倍（2*ƒ或 2ƒ），三次谐波为 3ƒ，四次谐波为 4ƒ，依此类推。在含有电容、电感等电抗元件的放大器电路中，由谐波引起的频率失真始终存在发生的可能。
由相位失真引起的放大器失真
相位失真（又称延迟失真， Delay Distortion）是一种非线性晶体管放大器特有的失真类型，当输入信号与输出信号之间存在时间延迟时，会产生这种失真。
假设在基波频率下，输入与输出之间的相位变化为零，那么最终的相位角延迟将等于谐波与基波之间的相位差。这种时间延迟取决于放大器的结构，且在放大器的带宽范围内，会随频率的升高而逐渐增大。例如，参考下方波形（注：原文提及 “下方波形图”，此处基于文本描述补充核心信息）：
由延迟引起的相位失真
除高端音频放大器外，大多数实际应用中的放大器都会存在某种形式的失真 —— 通常是 “频率失真”“相位失真” 与幅度失真的组合。在音频放大器或功率放大器等多数应用场景中，除非失真程度过大或过于严重，否则一般不会对放大器的工作性能或输出音质产生明显影响。
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