Een operationele versterker, of op-amp, is een geïntegreerd circuit dat wordt gebruikt om spanningssignalen te versterken. Het heeft een hoge ingangsimpedantie en een lage uitgangsimpedantie, waardoor het zwakke elektrische signalen efficiënt kan versterken. De basisconfiguratie van een op-amp omvat twee ingangsterminals (inverterend en niet-inverterend) en één uitgangsterminal. De op-amp versterkt het spanningsverschil tussen de twee ingangsklemmen en voert een spanningssignaal uit dat doorgaans vele malen groter is dan het ingangssignaal, afhankelijk van de versterking die door de externe componenten wordt ingesteld.
Een op-amp is een veelzijdige elektronische component, gesymboliseerd door een driehoek met twee ingangen en één uitgang. De inverterende ingang is gemarkeerd met een minteken (-), en de niet-inverterende ingang is gemarkeerd met een plusteken (+). De uitgang bevindt zich meestal aan het uiteinde van de driehoek, tegenover de basis waar de ingangen zich bevinden. Dit symbool vertegenwoordigt de fundamentele werking van de op-amp: het versterkt het spanningsverschil tussen de inverterende en niet-inverterende ingangen en levert een versterkte uitgang.
Intern bestaat een op-amp uit meerdere versterkingstrappen, waaronder differentiële versterkers, spanningsversterkingstrappen en een eindtrap. De differentiële versterker in de ingangstrap versterkt het verschil tussen de inverterende en niet-inverterende ingangen, terwijl alle common-mode signalen worden afgewezen. De spanningsversterkingstrappen zorgen voor extra versterking, en de uitgangstrap zorgt voor een lage uitgangsimpedantie en voldoende stroomaansturing. Deze interne componenten werken samen om de hoge versterking en stabiele prestaties te leveren die kenmerkend zijn voor op-amps.
Op-amp-versterking verwijst naar de verhouding tussen de uitgangsspanning en de ingangsspanning. De versterking van een op-amp kan worden geregeld door externe weerstanden en condensatoren in verschillende configuraties, zoals inverterende, niet-inverterende en differentiële versterkeropstellingen. In de inverterende configuratie wordt de versterking bepaald door de verhouding tussen de feedbackweerstand en de ingangsweerstand, wat resulteert in een negatieve versterking. In de niet-inverterende configuratie wordt de versterking bepaald door de verhouding tussen de feedbackweerstand en de weerstand die met aarde is verbonden, plus één, wat resulteert in een positieve versterking. De versterking kan zeer hoog zijn, waardoor een aanzienlijke versterking van het ingangssignaal mogelijk is.
Een ideale op-amp is een theoretisch apparaat met een oneindige open-lusversterking, een oneindige ingangsimpedantie en een uitgangsimpedantie van nul. Het versterkt perfect het spanningsverschil tussen de ingangsklemmen, zonder enige beperking. In de praktijk betekent dit dat de ideale op-amp het verschil tussen de inverterende en niet-inverterende ingangen zal versterken zonder offset, ruis of vervorming. Bovendien heeft de ideale op-amp een oneindige bandbreedte, waardoor hij signalen van elke frequentie zonder verzwakking kan versterken. Op-versterkers uit de echte wereld benaderen deze ideale kenmerken, maar hebben beperkingen vanwege praktische productiebeperkingen.