Aici, poziția condensatorului și a rezistorului au fost inversate și acum reactanța XC este conectată la terminalul de intrare al amplificatorului inversor, în timp ce rezistorul Rƒ formează elementul de feedback negativ peste A.O. ca normal.

Acest circuit amplificator operațional (A.O.) efectuează operația matematică a diferențierii, adică "produce o ieșire de tensiune direct proporțională cu viteza de schimbare a tensiunii de intrare în raport cu timpul". Cu alte cuvinte, cu cât schimbarea semnalului de tensiune de intrare este mai rapidă sau mai mare, cu atât este mai mare curentul de intrare, cu atât mai mare va fi schimbarea tensiunii de ieșire ca răspuns, devenind mai mult o formă "vârf".

Ca și în cazul circuitului integrator, avem un rezistor și un condensator care formează o rețea RC peste A.O., iar reactanța Xc a condensatorului joacă un rol major în performanța unui A.O. diferențiator.

Circuit A.O. diferențiator

Semnalul de intrare către diferențiator se aplică condensatorului. Condensatorul blochează orice conținut DC, astfel încât nu există flux de curent la punctul de însumare X al amplificatorului, rezultând o tensiune de ieșire zero. Condensatorul permite doar variațiilor tensiunii de intrare de tip AC să treacă și a căror frecvență depinde de viteza de variație a semnalului de intrare.

La frecvențe joase, reactanța condensatorului este "înaltă", rezultând un câștig redus (Rƒ/Xc) și o tensiune scăzută de ieșire din A.O.. La frecvențe mai mari, reactanța condensatorului este mult mai scăzută, rezultând un câștig mai mare și o tensiune de ieșire mai mare din A.O.

Totuși, la frecvențe înalte un circuit A.O. diferențiator devine instabil și va începe să oscileze. Aceasta se datorează în principal efectului de prim ordin, care determină răspunsul în frecvență al circuitului A.O., provocând un răspuns de ordinul doi care, la frecvențe înalte, dă o tensiune de ieșire mult mai mare decât ar fi de așteptat. Pentru a evita acest lucru, câștigul la înaltă frecvență al circuitului trebuie să fie redus prin adăugarea unui condensator suplimentar de valoare mică peste rezistorul de reacție Rƒ.

Ok, unii matematicieni vor explica ce se întâmplă! Deoarece tensiunea în nodul A.O. la terminalul său de intrare inversoare este zero, curentul i care curge prin condensator va fi dat de:

Sarcina condensatorului este egală cu capacitatea ori tensiunea pe condensator:

Q = C x V_IN

Astfel, rata de schimbare a acestei sarcini este:

dar dQ/dt este curentul prin condensator i

din care avem o ieșire de tensiune ideală pentru A.O. diferențiator dată de:

Prin urmare, tensiunea de ieșire Vout este o constantă -Rƒ*C înmulțită cu derivata tensiunii de intrare Vin în raport cu timpul. Semnul minus (-) indică o schimbare de fază de 180^o, deoarece semnalul de intrare este conectat la terminalul de intrare inversoare a A.O.

Un ultim punct de referință, circuitul A.O. diferențiator în forma sa de bază are două dezavantaje principale comparat cu circuitul integrator de A.O. anterior. Unul este că suferă de instabilitate la frecvențe înalte așa cum s-a menționat mai sus, iar celălalt este că intrarea capacitivă îl face foarte susceptibil la semnalele de zgomot aleator și orice zgomot sau armonici prezente în circuitul sursă vor fi amplificate mai mult decât semnalul de intrare în sine. Acest lucru se datorează faptului că ieșirea este proporțională cu panta tensiunii de intrare, astfel încât sunt necesare anumite mijloace de limitare a lățimii de bandă pentru a obține o stabilitate în buclă închisă.

Forme de undă ale A.O. diferențiator

Dacă aplicăm un semnal variabil constant, cum ar fi semnalul de tip undă pătrată, triunghiulară sau sinus, la intrarea unui circuit amplificator diferențiator, semnalul de ieșire rezultat va fi schimbat și forma finală depinde de constanta de timp RC a combinației rezistor/condensator.

Amplificator diferențiator îmbunătățit

Rezistorul unic de bază și un singur condensator al circuitului A.O. diferențiator nu este utilizat pe scară largă pentru a reforma funcția matematică a diferențierii din cauza celor două defecte inerente menționate mai sus, "instabilitate" și "zgomot". Deci, pentru a reduce câștigul în buclă închisă total al circuitului la frecvențe înalte, este adăugat un rezistor suplimentar Rin la intrare, așa cum se arată mai jos.

Adăugarea rezistorului de intrare Rin limitează creșterea câștigului diferențiatorului la un raport Rƒ/Rin. Circuitul acum acționează ca un amplificator diferențiator la frecvențe joase și un amplificator cu feedback rezistiv la frecvențe înalte, dând o rejectare mult mai bună a zgomotului.

Atenuarea suplimentară a frecvențelor mai mari se realizează prin conectarea unui condensator Cƒ în paralel cu rezistorul de feedback al diferențiatorului Rƒ. Atunci, aceasta formează baza unui filtru activ High Pass, așa cum am văzut mai înainte în secțiunea filtre.