Differentiator

Der Differentiator ist eine Schaltung mit Operationsverstärker dessen Grundschaltung der invertierende Verstärker ist. Der Eingangswiderstand ist durch einen Kondensator ersetzt. Dadurch bekommt die Schaltung einen zeitabhängigen Faktor.
Mit zunehmender Frequenz nimmt die Ausgangsspannung ebenfalls zu. Der Differentiator zeigt sein Hochpassverhalten. Das gilt aber nur bei oberwellenfreie Spannungen. Also bei Sinusspannungen. Sobald man ein Rechtecksignal an den Eingang legt, reagiert der Differentiator anders.
Die Eingangsspannung U_e fällt über den Kondensator ab. Die Ausgangsspannung U_a fällt über den Gegenkopplungswiderstand R₁ ab.
Je nach Polarität der Eingangsspannung U_e wird der Kondensator C ge- oder entladen. Der Strom durch R₁ verursacht den Spannungsabfall U_a.

Die Differentiatorschaltung neigt sehr stark zum Schwingen. Der Grund liegt in der Gegenkopplung, die bei höheren Frequenzen eine Phasennacheilung von 90° verursacht. Sie addiert sich zur Phasennacheilung des Operationsverstärkers. Die Schaltung ist dann instabil. Deshalb schaltet man einen Widerstand R₂ in Reihe zum Kondensator.

Eigenschaften des Differentiators

• Verändert sich U_e schnell, dann ist U_a groß.
• Verändert sich U_e langsam, dann ist U_a klein.
• Ist U_e konstant, dann ist U_a null.
• Verändert sich U_e linear, dann ist U_a konstant.

Bei sehr kleiner RC-Zeitkonstante erhält man bei großer dargestellter Zeit t den optischen Eindruck von Nadelimpulsen, obwohl die fallende Flanke eine exponentielle Form hat.