第2章 单级放大器：五种结构对照

第2章 · 单级放大器：五种结构的对照

章节摘要：本章是全册的枢纽。五种基本结构——共源、源随器、共栅、共源共栅、差分对——在一张对照矩阵里比增益、输入输出阻抗、摆幅、带宽与噪声。读完本章你能在三十秒内回答"要高增益选谁、要驱动小负载选谁、要隔离前后级选谁"，并解释每种选择付出什么代价。

学习目标

• 能默写五种结构的增益与阻抗表达式，说明各自信号的入端与出端
• 能解释共源共栅为何把输出电阻抬高约gm乘ro倍，代价是什么
• 能计算简单电流镜与共源共栅电流镜的输出电阻与匹配误差
• 能推导差分对的差模增益与共模增益，算出CMRR的量级
• 能按"摆幅预算表"核算每级放大器的输出摆动范围

核心概念速览

一句金句：增益、摆幅、速度、噪声、功耗五个口袋，任何单级电路都只能装满其中两三个，剩下的必须靠结构组合去补。

子章节导航

2.1 五种单级放大器对照矩阵：逐个讲清每种结构的信号路径与关键公式，最后落在一张总对照表上，这张表值得打印贴在工位。2.2 电流镜：从二极管连接出发，对照简单镜与共源共栅镜的输出电阻、失配与电压余量，顺带讲小电流镜与宽摆幅改进。2.3 差分放大器：差模与共模两套半电路分析方法，CMRR与部分指标的定义，五管OTA作为一切运放的胚胎。

子章节之间的逻辑关系

2.1给出单管视角的全景，2.2解决"负载从哪来"（几乎每种放大器都用电流镜当负载），2.3把单端结构对偶成差分——三节合起来正好构成第4章两级运放的零件库。

[五种结构对照] --负载问题--> [电流镜对照]
        |                        |
        +--对偶与叠加--> [差分对] --> 第4章 运放总装
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前置知识与后续延伸

前置：第1章的小信号参数（gm、ro）与饱和判据。后续：第3章频率响应直接在共源与共源共栅上算极点；第4章折叠共源共栅运放是本章2.1与2.2的组装品；第7章比较器与闪烁ADC的输入级全都是差分对。做课程设计的读者，本章是反复回翻频率最高的一章。

本章对照轴回顾

本章的对照轴是"五种结构互相对照"：共源对照源随器（放大对照缓冲）、共栅对照共源（低输入对照高输入、无密勒对照有密勒）、共源共栅对照单管（增益对照摆幅）、差分对照单端（免疫对照功耗）。四节的内容按"单管三结构、负载技术、对偶结构"展开，最后都汇进那张五维对照矩阵。这张矩阵的用法要再强调一次：它不是复习提纲而是选型工具——拿到任何放大需求（增益多少、摆幅多少、驱动什么负载、噪声要求如何），先在矩阵上圈出两三个候选，再进对应小节核对细节，选型效率比逐个分析高三倍以上。

自查清单

五道题自测：一，默写共源与源随器的增益表达式并说明量级；二，解释共源共栅把输出电阻抬高约gm乘ro倍的物理图像；三，电流镜复制误差约两倍阈值失配除过驱动，说明过驱动为什么是精度旋钮；四，写出差分对CMRR的近似式并指出其上限常卡在哪一项；五，同参数下电阻负载、电流源负载、共源共栅的增益各是多少分贝。第3章的极点计算与第4章的架构选择都以这五项为前提。

再补一句给赶时间的读者：如果只有一个小时，直接精读2.1的对照矩阵与2.2的共源共栅镜两段，再翻到2.3把差模与共模半电路的两张图看懂——这三块内容覆盖了后续章节引用量的八成，其余细节可以按需回查。本章的表格与图都可以当速查表长期使用，工程里真正的放大器选型，多数时候就是在这几张表上画圈。