线性器件/系统和非线性器件/系统的区别

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线性器件/系统和非线性器件/系统的区别

在对输入信号处理的过程中，许多器件/系统具有线性和非线性特性，不同特性的传输特性当然对输出信号有不同的影响。

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具有线性传输特性的器件/系统对于输入信号只产生幅度和相位的变化，而不会产生新的频率成分。

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非线性器件/系统能对输入信号的频率进行搬移，或产生新的频率成份，如谐波和交调。

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许多在通常信号条件下具有线性特性的器件/系统可能会表现出非线性，如进入饱和区的放大器，这种情况对于无源器件(电缆；滤波器)和有源器件(放大器)都是存在的。

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图1 线性和非线性特征

当用于系统传输信号时，传输信道电路应保证对输入信号不产生波形变化的失真。非线性器件/系统会产生新的频率成分，肯定会引起输出信号波形变化。

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但是，线性器件/系统，也会使波形发射变化。

要满足波形不失真传输要求，器件/系统传输特性需满足：

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幅度/频率特性在工作频率范围内要保持恒定，相位/频率特性在工作频率范围内保持线性。

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图2  线性系统的不失真条件

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下面的例子可以反映器件/系统的幅度/频率特性对传输信号的影响。

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例中线性网络的激励输入信号为类似方波波形，该信号在频域上包含三个频率成份：基波；二次谐波；三次谐波。该信号通过线性网络时，线性网络具有的幅度/频率特性对基波和三次谐波衰减大，使输出信号频谱发生变化，相应时域波形从方波变为圆滑类似正弦波形。

这是为什么对放大器，滤波器等器件在工作频带范围内幅/频抖动(ripple)有严格要求的原因。

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图3  幅频特性对信号的影响

类似的例子可以反映器件/系统相位/频率特性对传输信号波形的影响。

在器件/系统实际工作中传输的信号都是占有一定频率带宽的调制信号，如果器件/系统的相位/频率特性不线性就会使调制信号波形发生变化，造成信号失真。

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图4   相频特性对信号的影响

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