La parte più interessante di un Ampl. Op. è l'Amplificatore Differenziale di cui viene riportato uno schema di principio:

Schema di principio dell' Amplificatore Differenziale

Analizzando tale schema si osserva un circuito costituito da due transistor accoppiati tramite l'emettitore, dalle due resistenze di carico di valore perfettamente uguale e, da un'unica resistenza di emettitore con il compito, tra l'altro, di costituire una sorgente di corrente costante e che agisce su entrambi gli stadi.

 Se le resistenze Rc₁ e Rc₂ sono uguali e i transistor T₁ e T₂ hanno gli stessi parametri (cioè sono anch'essi uguali), si è in presenza di un ponte bilanciato:

Schema equivalente dell' Ampl. Diff.

I morsetti intermedi A₁ e A₂ sono allo stesso potenziale.

Fra di essi non si ha alcuna tensione.

Se a seguito dell'influenza della temperatura cambiano le correnti dei due rami del circuito, la tensione V_A12 non varia poiché lo spostamento del punto di lavoro per i due transistor produce lo stesso effetto essendo i due rami uguali.

Se la tensione applicata alla base dei due transistor, nei due rami del ponte, ha lo stesso valore, si ha la stessa caduta di tensione sulla resistenza di collettore.
Tra A₁ e A2 non si ha tensione.
La corrente I _E = I_E1 + I_E2 con I_E1 = I_E2 può essere considerata costante se si impiega una sorgente di corrente costante.

Con tensioni diverse agli ingressi V₁ e V₂, varia la ripartizione di corrente tra i due rami del ponte.

Così, per esempio, diminuisce la corrente attraverso T₂ se quella attraverso T₁ aumenta dello stesso valore;   I_{C1 ¹} I_C2 .

Per entrambi i circuiti ad emettitore comune la tensione di uscita VA è maggiore della tensione di ingresso secondo il fattore di amplificazione A.

 E quindi A = V_A1 / V_i1 per il primo transistor e A = V_A2 / V_i2 per il secondo transistor

da cui avremo che V_A1 = - A * V_i1 (tensione di uscita al primo transistor)

(Il segno negativo indica l'inversione operata dai transistor).

 Avendo ipotizzato tensioni diverse ai due ingressi ed essendo il fattore di amplificazione uguale per i due transistor (essendo essi uguali), avremo:

All'uscita quindi avremo: V_A12 = V_A1 - V_A2

 che, fatte le sostituzioni diventa: V_A12 = (-A *V_i1) - (-A * V_i2)

 e quindi: V_A12 = - A * (V_i1 - V_i2)

 che possiamo scrivere: V_A12 = - A * V_D.

Quindi possiamo affermare che la differenza tra le tensioni di ingresso V_D compare amplificata "A" volte all'uscita del circuito.

Tale uscita viene per questo denominata uscita differenziale ed il circuito " AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE ".

 L'Amplificatore Differenziale rappresenta il primo stadio dell'Ampl.Op., per cui il segnale presente all'uscita differenziale, viene amplificato dallo stadio intermedio e dallo stadio d'uscita.

 I vari stadi dell'Ampl.Op., sono accoppiati direttamente perciò possono amplificare segnali che vanno dalla continua ( f= 0) fino ad un valore limite che come si diceva prima dipende dal guadagno.

Sopra è segnato il diagramma di Bode del guadagno di un amplificatore operazionale reale alle varie frequenze.

Il tratto di caratteristica tra i punti MNS si riferisce al guadagno ad anello aperto (A), mentre quello tra i punti LPS è relativo al guadagno ad anello chiuso, cioè con controreazione. (Si noti come la banda passante si allarga).