考研模电·零基础讲义 第11讲（下）｜有源负载差分放大与集成运放的内部结构

考研模电·零基础讲义 · 第 11 讲（下）｜有源负载差分放大与集成运放的内部结构（MOS 集成电路分析） 学完这一讲，你能看懂"电流源偏置 + 差分输入 + 有源负载 + 第二级"这种 MOS 集成放大电路：说出每只管子的作用，算出差分对管的静态电流（包括中间接调零电位器的情况），估算总电压增益——也就是把 2026 回忆题第 4 题的三问完整做一遍。预计用时 150 分钟。

本讲地图#

• 有源负载（⭐⭐⭐）：用镜像电流源代替差分对的漏极电阻，单端输出就能得到双端输出的增益：$A_{vd2}=g_m(r_{ds2}\parallel r_{ds4})$（教材式 7.4.6）。
• 集成运放的四个组成部分（⭐⭐）：偏置电路、差分输入级、中间（电压放大）级、输出级。
• MOS 集成电路分析三问（⭐⭐⭐，对应 2026 回忆题第 4 题）：① 各管构成什么电路、作用；② 差分对管静态电流（中间接电位器）；③ 估算总电压增益$A_v=A_{v1}A_{v2}$⁠。本讲用一道自行设计的典型电路完整演示（原题图未保存，这不是原图）。
• BJT 有源负载、LM741 简介（⭐，了解即可）。
• 教材对应：第 7 章 7.4 节（带有源负载的差分电路）、7.5 节（7.5.1 CMOS MC14573、7.5.2 LM741）；第 4 章 4.6.3 节（CMOS 共源放大电路）。

前置知识#

• 镜像/多路电流源、"认电流源"的模板：见第 11 讲（上）。
• 差分电路的静态、差模增益、调零电位器：见第 11 讲（中）。
• 共源放大电路增益$-g_m\times$漏极总交流电阻：见第 10 讲（中）。
• 多级放大：总增益 = 各级增益之积，前级负载 = 后级输入电阻：见第 08 讲。

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一、有源负载：为什么要用电流源当负载 ⭐⭐⭐#

1.1 大白话#

共源放大电路的增益是$A_v=-g_mR_d$⁠。想要增益大，就得$R_d$大。可$R_d$一大，问题就来了：

• 静态电流$I_D$流过$R_d$⁠，压降$I_DR_d$很大，电源电压不够用（比如$0.1\ \text{mA}\times500\ \text{k}\Omega=50\ \text{V}$⁠！）；
• 芯片上做几百千欧的电阻又贵又不准。

想要的负载是：对直流"好说话"（压降小），对交流"很倔强"（电阻大）。 电流源正好就是这样：直流上它只需要零点几伏到一两伏就能工作，交流上它的电阻是$r_{ds}$⁠，几百千欧。用电流源（管子）代替电阻当负载，叫有源负载。

1.2 有源负载差分放大电路的结构（教材图 7.4.1）#

• NMOS 差分对$T_1$⁠、$T_2$⁠，尾部接电流源$I_0$⁠；
• 上面一对 PMOS 管$T_3$⁠、$T_4$组成镜像电流源：$T_3$漏栅短接、接在$T_1$的漏极；$T_4$接在$T_2$的漏极；
• 从$T_2$⁠、$T_4$的公共漏极单端输出。

1.3 工作原理：单端输出拿到"两份"电流#

静态：$I_{D1}=I_{D2}=I_0/2$⁠；$T_3$的电流就是$I_{D1}$⁠，$T_4$镜像它，$I_{D4}=I_{D3}=I_0/2=I_{D2}$⁠，流进输出节点和流出的电流相等，输出电流为零。

差模输入 $v_{i1}=-v_{i2}=v_{id}/2$（教材式 7.4.2～7.4.4）：

1. $T_1$电流增加$i_d$⁠，$T_2$电流减少$i_d$⁠，$i_d=g_m\dfrac{v_{id}}{2}$⁠；
2. $T_3$和$T_1$串联，$T_3$电流也增加$i_d$⁠；
3. $T_4$镜像$T_3$⁠，$T_4$电流也增加$i_d$——它把左边的信号电流"搬"到了右边；
4. 输出节点：$T_4$送进来的多了$i_d$⁠，$T_2$抽走的少了$i_d$⁠，净流出到负载的信号电流是

$$i_o=i_{d4}-i_{d2}=i_d-(-i_d)=2i_d=g_mv_{id}$$

普通电阻负载的单端输出只用到一边的$i_d$⁠；有源负载把两边的信号电流都用上了，单端输出得到了双端输出的效果。

1.4 增益公式#

输出节点对交流地的电阻是$T_2$和$T_4$的输出电阻并联$r_{ds2}\parallel r_{ds4}$（负载开路时），所以（教材式 7.4.6a、7.4.6b）

$$A_{vd2}=\frac{v_{o2}}{v_{id}}=g_m(r_{ds2}\parallel r_{ds4})=2\sqrt{\frac{2K_n}{I_0}}\cdot\frac{1}{\lambda_2+\lambda_4}$$ $$R_{od}=r_{ds2}\parallel r_{ds4},\qquad R_{id}\to\infty$$

其中$g_m=2\sqrt{K_nI_{D2}}=\sqrt{2K_nI_0}$⁠，$r_{ds2}=\dfrac{1}{\lambda_2I_{D2}}$⁠，$r_{ds4}=\dfrac{1}{\lambda_4I_{D4}}$⁠。

逐项拆解：

• 正号：对$v_{id}=v_{i1}-v_{i2}$而言，从$T_2$漏极取出是同相的（⁠$v_{i1}$增大 → 输出升高）。所以$T_1$栅极是"同相端"、$T_2$栅极是"反相端"——哪个是同相端，要看输出取自哪一边。
• 注意第二个等号里$I_0$在分母：尾电流越小，增益反而越大（⁠$g_m\propto\sqrt{I}$而$r_{ds}\propto1/I$⁠）。代价是速度变慢、带负载能力变差。

例 1：有源负载 CMOS 差分电路$I_0=0.2\ \text{mA}$⁠，NMOS 差分管$K_n=0.5\ \text{mA/V}^2$⁠，所有管子$\lambda=0.02\ \text{V}^{-1}$⁠。求$g_m$⁠、$r_{ds2}$⁠、$r_{ds4}$⁠、$A_{vd2}$⁠、$R_{od}$⁠；并和"同样的差分对、漏极接$R_d=20\ \text{k}\Omega$电阻、单端输出"比较。

解：$I_{D2}=I_{D4}=0.1\ \text{mA}$⁠。

$$g_m=2\sqrt{0.5\times0.1}\approx0.447\ \text{mS},\qquad r_{ds2}=r_{ds4}=\frac{1}{0.02\times0.1}=500\ \text{k}\Omega$$ $$A_{vd2}=0.447\times(500\parallel500)=0.447\times250\approx111.8,\qquad R_{od}=250\ \text{k}\Omega$$

用公式$2\sqrt{\dfrac{2\times0.5}{0.2}}\times\dfrac{1}{0.04}=2\times2.236\times25\approx111.8$ ✓。

电阻负载单端输出：$|A_{vd1}|=\dfrac{g_mR_d}{2}=\dfrac{0.447\times20}{2}\approx4.47$⁠。有源负载的增益是它的 25 倍。

1.5 BJT 有源负载（了解即可）⭐#

结构相同（教材图 7.4.3）：NPN 差分对 + PNP 镜像负载，尾部比例电流源。单端输出差模增益（教材式 7.4.9）：

$$A_{vd2}=\frac{\beta(r_{ce2}\parallel r_{ce4})}{r_{be}}$$

例 2：$\beta=100$⁠，$I_C=0.5\ \text{mA}$⁠，厄雷电压$V_A=100\ \text{V}$（⁠$r_{ce}=V_A/I_C$⁠）。求$A_{vd2}$⁠。

解：$r_{be}=200+101\times\dfrac{26}{0.5}=5452\ \Omega$⁠，$r_{ce}=\dfrac{100}{0.5}=200\ \text{k}\Omega$⁠，$A_{vd2}=\dfrac{100\times100}{5.452}\approx1834$⁠。BJT 跨导大，同样结构增益高得多。

⚠️ 易错点：

1. 有源负载电路的增益里没有$R_d$，是$r_{ds}$并联；忘了$\lambda$就会得出"增益无穷大"。
2. 有源负载差分电路"通常只用单端输出"（教材原话），不要再除以 2。
3. 漏栅短接的那只 PMOS（⁠$T_3$⁠）接在哪一边，信号就从那一边被"搬"到另一边。

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二、集成运放的内部结构 ⭐⭐#

图 1：集成运放的组成框图，红点示意信号逐级传递（动画循环播放）

集成运放是一个高增益的多级直接耦合放大器，一般由四部分组成（教材 7.5 节）：

另外常有：电平移动（保证输入为零时输出为零）、补偿电容$C_c$（防止自激振荡）、过载保护等。

2.1 两个教材实例（了解结构即可）⭐#

• CMOS MC14573（教材图 7.5.1）：PMOS 差分对$T_1$⁠、$T_2$ + NMOS 镜像有源负载$T_3$⁠、$T_4$⁠；PMOS 镜像$T_5$⁠、$T_6$提供尾电流（基准由外接$R_{REF}$决定）；$T_7$共源输出级、$T_8$为其电流源负载。总增益$A_v=A_{v1}A_{v2}$⁠，$A_{v1}=-g_{m2}(r_{ds2}\parallel r_{ds4})$⁠，$A_{v2}=-g_{m7}(r_{ds7}\parallel r_{ds8})$（教材式 7.5.4～7.5.6）。它和下面的例题是同一种"两级 CMOS"结构，只是 N/P 对调了。
• BJT LM741（教材图 7.5.2）：24 个 BJT，偏置用几组微电流源；输入级是共集-共基差分电路加有源负载；中间级是复合管共射放大；输出级是互补推挽。输入级$T_5$⁠、$T_6$发射极可外接调零电位器$R_P$⁠、滑动端接$-V_{EE}$⁠，"以保证静态时输出为零"（教材原文）——这就是"差分管中间接电位器"的来历。

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三、完整例题：MOS 集成放大电路三问（仿 2026 回忆题第 4 题）⭐⭐⭐#

说明：2026 回忆题第 4 题原图没有保存。下面是按题意自行设计的典型电路（MOS 电流源偏置 + 带调零电位器的差分输入级 + 有源负载 + 共源第二级），用来完整演示这类题的做法，不是原题图。管子编号故意让差分对是$T_4$⁠、$T_5$⁠，和回忆题的问法对应。

3.1 题目#

图 2：例题电路（自行设计），橙点示意差分级静态电流经调零电位器流入尾电流源（动画循环播放）

已知：$V_{DD}=V_{SS}=5\ \text{V}$⁠；所有 NMOS $V_{TN}=1\ \text{V}$⁠，所有 PMOS $|V_{TP}|=1\ \text{V}$⁠，所有管子$\lambda=0.02\ \text{V}^{-1}$（静态计算时忽略$\lambda$⁠）；$R_{REF}=80\ \text{k}\Omega$⁠；调零电位器$R_P=1\ \text{k}\Omega$⁠，滑动端在中点。各管电导常数：

$v_{i1}$加在$T_4$栅极，$v_{i2}$加在$T_5$栅极，输出$v_o$取自$T_8$⁠、$T_3$的公共漏极。

(1) 图中各 MOS 管构成什么电路？各起什么作用？ (2) 求$T_4$⁠、$T_5$的静态电流，并检查各管是否工作在饱和区。 (3) 估算总电压增益$A_v=\dfrac{v_o}{v_{i1}-v_{i2}}$⁠，并指出哪个是同相输入端。

3.2 第 (1) 问：认电路（按第 11 讲（上）的扫图模板）#

第一步，找漏栅短接的管子：$T_1$（NMOS，经$R_{REF}$接$V_{DD}$⁠）、$T_6$（PMOS，接$T_4$漏极）。

第二步，找和它们栅极相连的管子：

• $T_2$⁠、$T_3$的栅极接$T_1$栅极、源极接$-V_{SS}$ → $T_1$⁠、$T_2$⁠、$T_3$构成 NMOS 多路（比例）电流源；
• $T_7$的栅极接$T_6$栅极、源极接$V_{DD}$ → $T_6$⁠、$T_7$构成 PMOS 镜像电流源。

第三步，看输出管漏极接哪里，写作用：

总结一句：这是一个"电流源偏置的两级 CMOS 运算放大器"——第一级为带有源负载的差分输入级，第二级为带有源负载的共源放大级。

3.3 第 (2) 问：静态电流#

① 基准电流：$I_{REF}=\dfrac{V_{DD}+V_{SS}-V_{GS1}}{R_{REF}}$与$I_{REF}=K_1(V_{GS1}-V_{TN})^2$联立：

$$\frac{10-V_{GS1}}{80}=0.1(V_{GS1}-1)^2\ \Rightarrow\ 8V_{GS1}^2-15V_{GS1}-2=0\ \Rightarrow\ V_{GS1}=2\ \text{V}$$

（另一根$-0.125\ \text{V}$舍去）。$I_{REF}=\dfrac{10-2}{80}=0.1\ \text{mA}$⁠。

② 各路电流（同$V_{GS}$⁠，电流之比 = $K$之比）：

$$I_0=I_{D2}=\frac{K_2}{K_1}I_{REF}=2\times0.1=0.2\ \text{mA},\qquad I_{D3}=\frac{K_3}{K_1}I_{REF}=0.2\ \text{mA}$$

③ $T_4$⁠、$T_5$的静态电流：两管特性相同，栅极静态都接地（⁠$v_{i1}=v_{i2}=0$⁠），$R_P$滑动端居中，两管源极到公共点的电阻都是$R_P/2=0.5\ \text{k}\Omega$⁠，电路完全对称；尾电流由电流源$T_2$固定为$I_0$⁠：

$$I_{D4}=I_{D5}=\frac{I_0}{2}=0.1\ \text{mA}$$

这个结果和$R_P$的阻值无关——电位器只是在两管源极各串了一段相等的电阻，总电流仍由$T_2$决定。

④ 有源负载与第二级：$I_{D6}=I_{D4}=0.1\ \text{mA}$⁠，$T_7$镜像得$I_{D7}=0.1\ \text{mA}=I_{D5}$ ✓。$T_8$电流由$T_3$确定为$0.2\ \text{mA}$⁠。

⑤ 检查饱和（算出各点电位）：

设计上的小心思：$T_8$的电流是$T_7$的 2 倍，所以把$K_8$取成$K_7$的 2 倍，让$V_{SG8}=V_{SG7}$⁠。这样静态时$T_8$的电流正好等于$T_3$送来的电流，输出才能停在中间（这和教材 MC14573 让$T_7$宽长比是$T_3$⁠、$T_4$的 2 倍是同一个道理）。实际运放总是接成负反馈使用，输出的静态电位由反馈决定。

3.4 第 (3) 问：估算总电压增益#

① 小信号参数：

$$g_{m4}=g_{m5}=2\sqrt{K_4I_{D4}}=2\sqrt{0.5\times0.1}\approx0.447\ \text{mS}$$ $$g_{m8}=2\sqrt{K_8I_{D8}}=2\sqrt{0.5\times0.2}\approx0.632\ \text{mS}$$ $$r_{ds5}=r_{ds7}=\frac{1}{0.02\times0.1}=500\ \text{k}\Omega,\qquad r_{ds8}=r_{ds3}=\frac{1}{0.02\times0.2}=250\ \text{k}\Omega$$

② 第一级（有源负载差分级）：差模时每管源极到交流地之间串着$R_P/2$⁠，跨导被"打折"成

$$G_m=\frac{g_m}{1+g_m\dfrac{R_P}{2}}=\frac{0.447}{1+0.447\times0.5}\approx0.365\ \text{mS}$$

（就像共源电路带了不旁路的源极电阻，第 10 讲（中）5.3 节。）第二级是 MOS 栅极，输入电阻无穷大，第一级等于空载：

$$A_{v1}\approx G_m(r_{ds5}\parallel r_{ds7})=0.365\times250\approx91$$

③ 第二级（带有源负载的共源级）：

$$A_{v2}=-g_{m8}(r_{ds8}\parallel r_{ds3})=-0.632\times125\approx-79$$

④ 总增益：

$$A_v=A_{v1}\cdot A_{v2}\approx91\times(-79)\approx-7.2\times10^3\quad(\approx77\ \text{dB})$$

⑤ 判同相/反相端：$v_{i1}$增大 → $T_4$电流增大 → 经$T_6$⁠、$T_7$镜像，$T_7$送入节点 X 的电流增大，同时$T_5$电流减小 → X 点电位升高 → $T_8$的$V_{SG}$减小、电流减小 → 输出降低。所以$A_v<0$⁠：$T_4$栅极（⁠$v_{i1}$⁠）是反相输入端，$T_5$栅极（⁠$v_{i2}$⁠）是同相输入端。

更精确一点（不要求，但值得知道）：源极串了电阻后，从$T_5$漏极看进去的输出电阻也会变大，约$r_{ds5}(1+g_mR_P/2)\approx612\ \text{k}\Omega$⁠，于是$A_{v1}\approx0.365\times(612\parallel500)\approx101$⁠，总增益约$-8.0\times10^3$⁠。用节点电压法对整个小信号电路精确求解（验算脚本）得$A_{v1}\approx100.2$⁠、$A_v\approx-7.9\times10^3$⁠。"估算"给出$-7\times10^3\sim-8\times10^3$量级即可，关键是方法：$A_v=A_{v1}A_{v2}$⁠，每级 = 跨导 × 该级输出节点的总交流电阻。

3.5 答题模板（三问通用）⭐⭐⭐#

(1) 认电路： "$T_a$漏栅短接为基准管，与$T_b$⁠、$T_c$构成多路电流源，基准电流$I_{REF}=\dfrac{V_{DD}+V_{SS}-V_{GS}}{R}$⁠；$T_b$为差分输入级提供尾电流；$T_x$⁠、$T_y$构成源极耦合差分放大电路（输入级），抑制零漂；$T_m$⁠、$T_n$构成镜像电流源作有源负载，实现双端变单端并提高增益；$T_k$为共源放大级（中间级/输出级），$T_c$为其提供偏置并作有源负载；$R_P$为调零电位器。"

(2) 静态电流： "$I_{REF}=\cdots$ → 按宽长比（或$K$⁠）之比得尾电流$I_0=\cdots$ → 电位器滑动端居中、电路对称，$I_{D4}=I_{D5}=I_0/2=\cdots$⁠。"

(3) 增益： "$g_m=2\sqrt{K_nI_D}$⁠，$r_{ds}=\dfrac{1}{\lambda I_D}$⁠；第一级$A_{v1}=g_m(r_{ds}\parallel r_{ds})$（有电位器时$g_m$换成$\dfrac{g_m}{1+g_mR_P/2}$⁠）；第二级$A_{v2}=-g_m(r_{ds}\parallel r_{ds})$⁠；第二级输入电阻无穷大，$A_v=A_{v1}A_{v2}$⁠；说明符号与同相/反相端。"

3.6 变式练手 ⭐⭐⭐#

变式 1（滑动端不在中点）：例题中若滑动端偏向$T_4$一侧，使$T_4$侧$0.4\ \text{k}\Omega$⁠、$T_5$侧$0.6\ \text{k}\Omega$⁠，$T_4$⁠、$T_5$静态电流各多少？

解：两管栅极都在 0 V，源极支路并联在同一对电位之间：

$$V_{GS4}+I_{D4}\times0.4=V_{GS5}+I_{D5}\times0.6,\qquad I_{D4}+I_{D5}=0.2\ \text{mA},\qquad V_{GS}=1+\sqrt{I_D/0.5}$$

数值求解得$I_{D4}\approx0.104\ \text{mA}$⁠、$I_{D5}\approx0.096\ \text{mA}$⁠：电阻小的一侧电流大，但总和仍是$0.2\ \text{mA}$。

变式 2（用电位器补偿失配）：若$T_5$实际$K_5=0.55\ \text{mA/V}^2$（比$T_4$大 10%）。(1) 滑动端居中时两管电流各多少？(2) 滑动端怎样调才能使两管电流相等？

解：(1) 数值求解得$I_{D4}\approx0.096\ \text{mA}$⁠、$I_{D5}\approx0.104\ \text{mA}$⁠，不再相等，输入为零时输出偏离——失调。

(2) 要$I_{D4}=I_{D5}=0.1\ \text{mA}$⁠，两管$V_{GS}$之差

$$\Delta V_{GS}=V_{GS4}-V_{GS5}=\sqrt{\frac{0.1}{0.5}}-\sqrt{\frac{0.1}{0.55}}\approx0.447-0.426=0.021\ \text{V}$$

要由电位器两段的压降之差补上：$0.1\ \text{mA}\times(R_{b}'-R_a)=0.021\ \text{V}$⁠，$R_b'-R_a\approx208\ \Omega$⁠，即$R_a\approx396\ \Omega$（⁠$T_4$侧）、$R_b'\approx604\ \Omega$（⁠$T_5$侧）。验算：此时两管电流都是$0.100\ \text{mA}$ ✓。这就是"调零"的实质。

变式 3（去掉电位器）：$R_P=0$时$A_{v1}=g_m(r_{ds5}\parallel r_{ds7})\approx111.8$⁠，$A_v\approx111.8\times(-79.1)\approx-8.8\times10^3$⁠。电位器使增益下降约 18%（估算口径），这是调零的代价。

变式 4（尾电流改变）：若$T_2$的$K_2$改为$0.4\ \text{mA/V}^2$（⁠$I_0=0.4\ \text{mA}$⁠），其他不变（不计电位器），第一级增益怎样变？ 提示：$A_{v1}=2\sqrt{\dfrac{2K_n}{I_0}}\cdot\dfrac{1}{\lambda_5+\lambda_7}\propto\dfrac{1}{\sqrt{I_0}}$⁠，$I_0$加倍，$A_{v1}$变为原来的$1/\sqrt2$⁠，约$79$⁠。

⚠️ 易错点：

1. 回答"静态电流"时，先说对称、再说各一半，不要直接写一个数；有电位器还要点明"滑动端居中"。
2. 第一级的负载是第二级的栅极，输入电阻无穷大，不要再并什么电阻；第二级（输出级）的负载是$T_3$的$r_{ds}$⁠，空载时不再并$R_L$⁠。
3. 有源负载电路增益很大，结果在$10^2\sim10^4$量级很正常；若算出零点几或几十万，回头查单位（mS × kΩ = 无量纲）和$r_{ds}$是否用对了电流。
4. 符号别乱写：第一级（对$v_{i1}-v_{i2}$⁠，从$T_5$侧输出）为正，第二级共源为负。

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速记卡#

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自测练习#

1. 有源负载 MOS 差分级$g_m=1\ \text{mS}$⁠，$r_{ds2}=r_{ds4}=200\ \text{k}\Omega$⁠，空载。求$A_{vd2}$和$R_{od}$⁠。

答案与提示

$A_{vd2}=1\times(200\parallel200)=100$⁠，$R_{od}=100\ \text{k}\Omega$⁠。

2. 两级放大$A_{v1}=100$⁠、$A_{v2}=-80$⁠，后级输入电阻无穷大。总增益是多少？合多少 dB？

答案与提示

$A_v=-8000$⁠，$20\lg8000\approx78\ \text{dB}$⁠。

3. 有源负载差分级$I_0=0.1\ \text{mA}$⁠，$K_n=0.25\ \text{mA/V}^2$⁠，$\lambda=0.02\ \text{V}^{-1}$⁠。求$g_m$⁠、$r_{ds}$和$A_{vd2}$⁠。与本讲例 1 比较，说明尾电流对增益的影响。

答案与提示

$I_D=0.05\ \text{mA}$⁠，$g_m=2\sqrt{0.25\times0.05}\approx0.224\ \text{mS}$⁠，$r_{ds}=1/(0.02\times0.05)=1\ \text{M}\Omega$⁠，$A_{vd2}=0.224\times500\approx111.8$⁠。与例 1 相同：$A\propto\sqrt{K_n/I_0}$⁠，例 1 中$K_n/I_0=2.5$⁠，这里也是 2.5。

4. 本讲例题若$I_0$加倍（⁠$0.4\ \text{mA}$⁠），不计电位器，第一级增益约为多少？

答案与提示

$A_{v1}\propto1/\sqrt{I_0}$⁠，$111.8/\sqrt2\approx79$⁠。

5. 为什么有源负载差分电路"通常仅用于单端输出"？

答案与提示

镜像负载已经把一边的信号电流搬到另一边，在单端输出节点得到$2i_d$⁠，增益与双端输出相同；而$T_3$一侧是漏栅短接管，该节点交流电阻只有约$1/g_{m3}$⁠，那里几乎没有电压信号，所以不再做双端输出。

6. 简答：集成运放由哪几部分组成？各部分常用什么电路、起什么作用？

答案与提示

输入级：差分放大电路（常带有源负载），抑制零漂与共模干扰，要求$K_{CMR}$高、输入电阻大；中间级：共射/共源放大（有源负载），提供主要电压增益；输出级：射极/源极跟随器或互补推挽，输出电阻小、带负载能力强；偏置电路：各种电流源，为各级提供稳定的静态电流。

7.（华师真题风格，仿 2026 回忆题第 4 题）一个 CMOS 两级放大电路：PMOS 管$T_1$漏栅短接经$R$接地、源极接$+V_{DD}$⁠，PMOS 管$T_2$⁠、$T_3$栅极接$T_1$栅极；$T_2$为 PMOS 差分对$T_4$⁠、$T_5$提供尾电流（两管源极间接电位器$R_P$⁠，滑动端接$T_2$漏极）；NMOS 管$T_6$（漏栅短接，接$T_4$⁠）、$T_7$（接$T_5$⁠）；NMOS 管$T_8$栅极接$T_5$漏极，漏极接$T_3$⁠。(1) 各管作用？(2) 若$I_{REF}=40\ \mu\text{A}$⁠，$(W/L)_2=(W/L)_1$⁠，滑动端居中，$T_4$⁠、$T_5$静态电流多大？(3) 写出总电压增益的表达式。

答案与提示

(1) $T_1\sim T_3$⁠：PMOS 多路电流源，$T_1$为基准管；$T_2$提供尾电流，$T_3$为$T_8$提供偏置并作有源负载；$T_4$⁠、$T_5$⁠：PMOS 差分输入级；$T_6$⁠、$T_7$⁠：NMOS 镜像有源负载；$T_8$⁠：NMOS 共源第二级；$R_P$⁠：调零电位器。（结构与教材 MC14573 相同。） (2) $I_0=40\ \mu\text{A}$⁠，对称，$I_{D4}=I_{D5}=20\ \mu\text{A}$⁠。 (3) $A_v=A_{v1}A_{v2}$⁠，$A_{v1}=\pm G_m(r_{ds5}\parallel r_{ds7})$⁠，$G_m=\dfrac{g_{m5}}{1+g_{m5}R_P/2}$⁠；$A_{v2}=-g_{m8}(r_{ds8}\parallel r_{ds3})$⁠。符号按信号流向判断。

8. 例题电路中若误把$T_6$的漏栅短接线接到了$T_7$上（即$T_7$漏栅短接、$T_6$不短接），输出还能正常放大吗？为什么？

答案与提示

不能按原设计工作。漏栅短接的管子所在节点交流电阻只有约$1/g_m$⁠，节点 X 会被"钳"在很小的交流电阻上，第一级单端输出几乎没有电压增益；而且$T_8$的栅极接在这个低阻节点，整个第二级得不到有效驱动。镜像负载必须是"输入侧"（接$T_4$⁠）短接、"输出侧"（接$T_5$⁠，送往下一级）为高阻。

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下一讲预告：第 12 讲（上）从运放的内部走到外部：把运放看成理想器件，用"虚短、虚断"分析同相、反相放大电路。

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