진공관으로 구현된 다수의 증폭단이 순차적으로 연결된 형태로 간주할 수 있을 것이고 암프의 입출력 특성은그 암프를 구성하는  각 증폭단의 입출력 특성의 합으로 볼 수 있을 것이다.

이런 가정은 생각보다 그리 큰 무리가 없다.  실제에 있어서 모든 수동소자가 완벽한 것은 아니지만 암프의 입출력 특성에 압도적인 영향을 주는 요소는 능동소자인 진공관의 특성과 암프 성능의 병목이 되는 트랜스 종류들이기 때문이다.

이런 분석을 해 본다면 결국 암프의 음질을 좌우하는 요소는 암프의 입출력 특성이고 암프의 입출력 특성은 이 암프를 구성하고 있는 각 증폭단에 사용된 진공관의 입출력 특성의 총합이니 우리가 주목해야 할 요소는 개별 진공관의 입출력 특성이 된다.

개별 진공관의 입출력 특성은 진공관 증폭기를 설계할 때 사용하는 양극특성을 말하는 것이 아니다.  양극 특성은 양극의 전압과 전류의 관계를 보여주는 곡선으로 입출력 특성이 아니니 이점 혼동이 없기를 바란다.  입출력특성은 양극 특성으로부터 유도해 낼 수 있지만 같은 것은 아니다.  진공관의 입출력 특성은 그릿드의 입력전압을 독립변수로 하여 양극 전류(혹은 양극 전압)의 변화를 종속변수로 그린 그라프다.

만일 모든 진공관이 완벽한 직선성을 가졌다면 이 입출력 특성은 직선이 된다.  가령 그릿드 입력을 X라고 하고 그것이 양극 전류이건 혹은 양극 전압이건 출력을 Y라고 했을 때 Y = K X가 된다면  진공관은 완벽한 직선성을 가졌다고 할 수 있다.  여기서  상수 K는 증폭도이다.   이런 진공관 만으로 암프를 만든다면  음질의 차이는 존재하지 않게 되고 완벽한 중첩원리가 성립하여 모든 악기들의 소리를 또렷하게 구별할 수 있을 것이다.

그러나 이런 완벽한 직선성을 가진 진공관은 존재하지 않는다.  대부분의 진공관에는 약간의 비 직선성이 존재한다.  특히 대부분의 3극관 입출력 특성은 약간의 포물선적인 요소를 가지고 있다.  거칠게 말한다면3극관의 경우 입출력 관계는  Y = K X + K_{2  ^{X2로 표시할 수 있고  여기서 두 상수 K 와 K2는 K >>K2의 관계가 성립하는 것이 통상적이다.  5극관의 경우는 아마도 좀 더 복잡할 것이다.}}

이 3극관 증폭기에 정현파를 입력시켰다고 가정해 보자.  즉 X = Sin (ω t) 이고 여기서 ω = 2πf로서 f는 주파수, π는 원주율, t는 시간이다.    그렇다면 출력 y = K Sin(ω t) + K_{2 Sin^{2 (ω t)   로 표시할 수 있고 정현파 자승항이 포함된다.  고등학교 수준의 삼각함수를 배운 사람이라면 이 정현파의 자승항은2배의 주파수를 가진 정현파로 풀어 쓸 수 있다는 것을 안다.  즉 자승항의 비 직선성이 제2 고조파를 발생시키는 미캐니즘이라는 것을 알 수 있다.}}