差動對（differential pair）

差動對就是兩顆精心匹配的電晶體，它們的源極接在一起、共用一個尾電流源；這一對管子合起來只回答一個問題：你的兩個輸入中哪一個更高，高出多少？你可以把它想像成一個翹翹板，支點處有一股恆定的水流注入。水的總量是固定的，所以當一個輸入升高、把翹翹板壓偏時，電流就會從一顆電晶體轉移到另一顆——但兩者之和永遠不變。輸出讀取的是兩邊的不平衡量，這意味著這一對管子放大的是兩個輸入的差值，而對它們共有的那部分電壓則悄悄忽略。把兩個輸入抬高同樣的幅度，翹翹板保持水平，輸出端什麼也不會發生。這正是它的全部要義：它只聽差值，對共有的部分則充耳不聞。

這種「充耳不聞」有個名字——共模抑制（common-mode rejection）——這也是差動對幾乎成為每一個op-amp輸入前端的原因。現實世界的訊號往往騎在共有的雜物之上：電源漣波哼聲、地彈、拾取到的干擾。因為這些雜訊對兩個輸入是共有的，所以這一對管子會把它們抑制掉，同時忠實地放大那個我們想要的微小差值。我們用CMRR來給它打分，也就是差模增益與共模增益之比（越大越好，常以dB表示）；尾電流源越理想，CMRR就越好，因為一個「硬」的尾電流能穩穩地把電流之和保持恆定，不讓共模的變化漏過去。

增益本身來自每顆電晶體的轉導gm——它衡量閘極電壓驅動電流的強弱——再作用到輸出端的電阻上，所以小訊號增益大約就是gm乘以那個負載電阻，道理和共源級一樣，只不過這裡是由輸入差值來驅動的。對於工作在飽和區的MOSFET，gm = 2*Id/Vov，所以你選定的尾電流以及把管子偏置得多「硬」，同時決定了增益和速度。給這個前端配上一個電流鏡負載，把兩邊的擺動匯成一路乾淨的輸出，你就得到了經典兩級op-amp的第一級。