增益压缩

增益压缩是由放大设备的传递函数的非线性引起的差分或斜率增益的减少。这种非线性可能是由功率耗散引起的热量或由有源器件超过其线性区域的过度驱动引起的。它是一种电路的大信号现象。

增益压缩与任何具有宽动态范围的系统有关，如音频或射频。由于拓扑结构的不同，它在电子管电路中比晶体管电路更常见，可能造成音频性能的差异，称为阀声。无线电接收机的前端射频放大器在被强大的不需要的信号过载时特别容易出现这种现象。

电子管收音机或电子管放大器的音量会增加到一个点，然后随着输入信号延伸到设备的线性范围之外，有效增益会减少，改变波形的形状。这种效应也存在于晶体管电路中。该效应的程度取决于放大器的拓扑结构。

削波作为信号压缩的一种形式，与典型的录音室音频电平压缩器的操作不同，它的增益压缩不是瞬时的（通过攻击和释放设置在时间上延迟）。削波会破坏任何超过一定阈值的音频信息。压缩和限制，改变的是整个波形的形状，而不仅仅是阈值以上的波形的形状。这就是为什么可以用非常高的比率来限制和压缩而不引起失真。限制或削除增益是一种线性操作。增益压缩不是线性的，因此，它的效果是失真，由于传输特性的非线性，也导致”斜率”或”差分”增益的损失。因此，输出比使用放大器的小信号增益的预期要少。在削波中，信号突然被限制在某一振幅，从而在保持在该水平之下时被扭曲。这就产生了原始信号中不存在的额外谐波。软削波或限制意味着传输特性中没有一个尖锐的膝点。一个被软削的正弦波会变得更像一个方波，边缘更圆滑，但仍会有许多额外的谐波。

增益的压缩是由设备在大振幅运行时的非线性特性引起的。对于任何信号，当输入电平增加到超过放大器的线性范围时，将发生增益压缩。一个晶体管的工作点可能会随着温度的升高而移动，所以更高的功率输出可能会因为集电极耗散而导致压缩。但这不是增益的变化，而是非线性失真。当输入电平变高时，输出电平保持相对不变。一旦任何放大器的传输特性达到了非线性部分，任何输入的增加都不会与输出的比例增加相匹配。因此，就会出现压缩增益的情况。此外，在这个时候，由于传递函数不再是线性的，谐波失真将导致。

在被称为”动态范围压缩机”的设备中使用的有意压缩（有时称为自动增益控制或音频电平压缩），电路的整体增益会随着时间的推移主动改变输入的电平，因此传递函数在短时间内保持线性。一个正弦波进入这样的系统，在输出端看起来仍然是一个正弦波，但整体增益是变化的，取决于该正弦波的电平。在一定的输入电平以上，输出的正弦波将总是相同的振幅。有意压缩的输出电平随时间变化，以尽量减少非线性行为。对于增益压缩，情况正好相反，其输出是恒定的。在这方面，有意压缩的艺术目的较少。

射频放大器中的增益压缩类似于软削波。然而，在窄带系统中，这种效果看起来更像是增益压缩，只是因为谐波在放大后被过滤掉了。许多射频放大器的数据表列出了增益压缩而不是失真数字，因为它更容易测量，在非线性射频放大器中比失真数字更重要。在宽带和低频系统中，非线性效应是很容易看到的，例如，输出是削波。为了在1GHz时看到同样的东西，需要一个带宽至少为10GHz的示波器。用频谱分析仪观察，基波被压缩，谐波回升。

一个低噪声的射频放大器，如果由定向天线馈送到一个消费者900兆赫的接收器，应该可以改善传输范围。它是有效的，但接收器也可能在700兆赫左右接收到几个超高频电台