比例运算电路的输出电压与输入电压之间存在比例关系，能够实现比例运算。比例电路是最基本的运算电路，也是其他各种运算电路的基础——求和电路、积分和微分电路、对数和指数电路等，都是在比例电路的基础上扩展或演变而来。根据输入信号接法不同，比例电路有三种基本形式：反相输入、同相输入和差分输入比例电路。
一、反相比例运算电路
图 1 反相比例运算电路
如图 1 所示，输入电压 u1 经电阻 R1 加到集成运放的反相输入端，同相输入端经电阻 R2 接地，输出电压 uo 经 RF 接回反相输入端。集成运放的反相输入端和同相输入端实际上是内部输入级两个差分对管的基极，为使差动放大电路的参数保持对称，应使两个差分对管基极对地的电阻尽量一致，以免静态基流流过这两个电阻时在运放输入端产生附加的偏差电压。因此通常取
R2 = R1 // RF （1）
经过分析可知，反相比例运算电路的反馈组态是电压并联负反馈。由于集成运放的开环差模增益很高，容易满足深度负反馈条件，故可以认为集成运放工作在线性区，因此可以利用理想运放工作在线性区时“虚短”和“虚断”的特点来分析反相比例运算电路的电压放大倍数。
在图 1 中，由于“虚断”，i+ = 0，R2 上没有压降，则 u+ = 0；又因“虚短”，可得
u− = u+ = 0 （2）
这说明在反相比例运算电路中，集成运放反相输入端与同相输入端两点的电位不仅相等，而且均等于零，如同该两点接地一样，这种现象称为“虚地”。“虚地”是反相比例运算电路的一个重要特点。
由于 i− = 0，由图可见
iI = iF
即
上式中 u− = 0，由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数
（3）
下面分析输入电阻。因为反相输入端“虚地”，显而易见，电路的输入电阻为
Rif = R1 （4）
综合以上分析，对反相比例运算电路可以归纳出以下几点结论：
1）反相比例运算电路实际上是一个深度的电压并联负反馈电路。在理想情况下，反相输入端的电位等于零，称为“虚地”，因此加在集成运放输入端的共模输入电压很小。
2）电压放大倍数 
，即输出电压与输入电压的幅值成正比，但相位相反，也就是说电路实现了反相比例运算。比值 AuF 取决于电阻 RF 和 R1 之比，而与集成运放内部各项参数无关；只要 RF 和 R1 的阻值比较准确而稳定，就可以得到准确的比例运算关系。该比值可以大于 1，也可以小于 1：当 RF = R1 时 AuF = −1，称为单位增益倒相器。
3）由于引入了深度电压并联负反馈，电路的输入电阻不高，输出电阻很低。
二、同相比例运算电路
图 2 同相比例运算电路
在图 2 中，输入电压 u1 接至同相输入端，但为保证引入的是负反馈，输出电压 uo 通过电阻 RF 仍接到反相输入端，同时反相输入端通过电阻 R1 接地。为了使集成运放反相输入端和同相输入端对地的电阻一致，R2 的阻值仍应取 R2 = R1 // RF。
同相比例运算电路中反馈的组态为电压串联负反馈，同样可以利用理想运放工作在线性区时的两个特点来分析其电压放大倍数。根据“虚短”和“虚断”的特点可知，i− = i+ = 0，故
则同相比例运算电路的电压放大倍数为
（5）
由于引入了电压串联负反馈，电路能够提高输入电阻，而且提高的程度与反馈深度有关。在理想运放条件下，即认为 Aod 趋于无穷大、Rid 趋于无穷大，则同相比例运算电路的输入电阻趋于无穷大；当考虑 Aod ≠ ∞、Rid ≠ ∞ 的一般情况时，经过分析可知同相比例运算电路的输入电阻为
Rif = (1 + AodF) Rid （6）
式中 Aod 和 Rid 分别是集成运放的开环差模电压增益和差模输入电阻，F 是反馈系数，在本电路中
由式（5）可知，同相比例运算电路的电压放大倍数总是大于或等于 1。当 RF = 0 或 R1 = ∞ 时，AuF = 1，输出电压与输入电压幅值相等、相位相同，这种电路称为电压跟随器。
综上所述，对同相比例运算电路可以得到以下几点结论：
1）同相比例运算电路是一个深度的电压串联负反馈电路。因为 u− = u+ = uI，所以不存在“虚地”现象，在选用集成运放时要考虑其输入端可能具有较高的共模输入电压。
2）电压放大倍数 
，即输出电压与输入电压的幅值成正比且相位相同，也就是说电路实现了同相比例运算。AuF 同样只取决于电阻 RF 和 R1 之比，而与集成运放的内部参数无关，所以比例运算的精度和稳定性主要取决于电阻 RF 和 R1 的精确度和稳定度。一般情况下 AuF 恒大于 1。
3）由于引入深度电压串联负反馈，电路的输入电阻很高，输出电阻很低。
三、差分比例运算电路
图 3 差分比例运算电路
在图 3 中，输入电压 uI 和 uI′ 分别加在集成运放的反相输入端和同相输入端，从输出端通过反馈电阻 RF 接回到反相输入端。为了保证运放两个输入端对地的电阻平衡，同时避免降低共模抑制比，通常要求 R1 = R1′，RF = RF′。
在理想条件下，由于“虚断”，i+ = i− = 0，利用叠加定理可求得反相输入端的电位为
而同相输入端的电位为
当满足条件 R1 = R1′、RF = RF′ 时，整理上式可求得差分比例运算电路的电压放大倍数
（7）
在电路元件参数对称的条件下，差分比例运算电路的差模输入电阻为
Rif = 2R1 （8）
由式（7）可知，电路的输出电压与两个输入电压之差成正比，实现了差分比例运算，其比值 |AuF| 同样取决于电阻 RF 和 R1 之比，而与集成运放内部参数无关。由以上分析还可以知道，差分比例运算电路中集成运放的反相输入端和同相输入端可能加有较高的共模输入电压，电路中不存在“虚地”现象。
差分比例运算电路除了可以进行减法运算以外，还经常被用作测量放大器。其缺点是对元件的对称性要求比较高：如果元件失配，不仅在计算中带来附加误差，而且将产生共模电压输出；另一个缺点是输入电阻不够高。
四、三种比例运算电路的比较
| 比较项目 | 反相输入 | 同相输入 | 差分输入 |
|---|---|---|---|
| 反馈组态 | 电压并联负反馈 | 电压串联负反馈 | 电压负反馈（差模） |
| 电压放大倍数 | −RF／R1 | 1 + RF／R1 | RF／R1（R1 = R1′、RF = RF′） |
| 输入电阻 | R1，较低 | 很高，理想情况趋于无穷大 | 2R1 |
| 输出电阻 | 很低 | 很低 | 很低 |
| 共模输入电压 | 很小，存在“虚地” | 等于 uI，较高 | 较高，不存在“虚地” |
表 1 三种比例运算电路的性能比较
上述各种比例运算电路的输入、输出关系表达式都是在理想运放条件下得到的，而实际集成运放的各项指标不可能完全理想，因此按上述公式计算会产生一定的误差。