De onde vem a energia necessária para que um amplificador operacional possa de fato amplificar o sinal de entrada?

Então, basicamente um amplificador operacional ou amp op possui um ganho muito elevado, tendo dois terminais de entrada: um designado por terminal inversor(-) e o outro identificado por terminal não inversor(+). A tensão de saída é a diferença entre as entradas (+) e (-) , multiplicado pelo ganho em malha aberta:

A saída do amplificador pode ser única ou diferencial, o que é menos comum. Os circuitos que utilizam amp ops frequentemente utilizam a realimentação negativa (negative feedback). Porque devido ao seu ganho elevado, alta impedância de entrada e baixa impedância de saída, o comportamento destes amplificadores é quase totalmente determinado pelos elementos de realimentação (feedback).

Comportamento em Corrente Contínua:

O ganho em malha aberta é definido como a amplificação da entrada para a saída sem nenhuma realimentação (feedback) aplicada. Para a maioria dos cálculos práticos, o ganho em malha aberta é definido como infinito; na realidade, entretanto, ele é limitado pela quantidade de tensão aplicada à alimentação do amplificador operacional, (terminais Vs+ e Vs- no diagrama acima). Os dispositivos típicos possuem um ganho de malha aberta em Corrente Contínua entre 100,000 e 1 milhão. Isto permite que o ganho da aplicação seja ajustado utilizando a realimentação negativa. Os amp ops possuem limites de performance que o projetista deve manter em mente e muitas vezes trabalhar em torno disto.

Comportamento em Corrente Alternada:

O ganho do amp op calculado em CC não se aplica a corrente alternada a frequências mais altas. Isto ocorre devido às limitações do componente, tais como sua largura de bandafinita, e às características em CA do circuito ao qual é colocado. O problema melhor conhecido no desenvolvimento de projetos com amp ops é a tendência de estes ressonarem a Altas frequências, em que mudanças na realimentação negativa mudam para realimentação positiva devido à mudança de fase. Os amp ops típicos, de baixo custo possuem uma largura de banda de alguns MHz. Amp ops específicos e de alta velocidade podem atingir uma largura de banda de centenas de MHz. Para circuitos de frêquência muito alta, um tipo completamente diferente de amp op, chamado amplificador operacional de realimentação de corrente é frequentemente usado.

Obs.: em livros essa resposta pode ser encontrada mais completa, acho que esse resumo pode te dar um direcionamento.

O amplificador operacional ideal tem um ganho infinito em malha aberta, largura de banda infinita, impedância de entrada infinita, impedância de saída nula e nenhum ruído, assim como offset de entrada é zero (exatamente 0 V na saída quando as duas entradas forem exatamente iguais) e nenhuma interferência térmica. Sobre a tensão de offset de entrada, o amp op irá produzir uma tensão de saída mesmo que os pinos de entrada estejam com exatamente a mesma voltagem. Para circuitos que necessitam de uma operação precisa em corrente contínua, este efeito deve ser compensado. A maioria dos amp ops comerciais dispõe de um pino de offset para este propósito.