Es un comportamiento llamado inversión de fase. Existe en muchos pero no todos los opamps.
Básicamente funciona de la siguiente manera: si su señal de entrada excede el rango de voltaje de entrada permitido, algunos de los transistores internos se rompen. No deberían pasar corriente, pero los estás conduciendo tan fuerte que se encienden.
La salida luego cambia a la otra polaridad. Dependiendo del circuito que rodea el opamp, esto podría incluso conducir a una condición denominada de bloqueo en la cual la salida permanece en la polaridad incorrecta para siempre.
En general, nunca debe exceder el rango de entrada permitido de los opamps. Si la inversión de fase se produce debido a una falla interna del transistor, el transistor puede sufrir daños y cambiar sus características. El OpAmp puede parecer bien después, pero ya no se garantiza que funcione dentro de su especificación.
Acerca de los OpAmps que pueden bloquearse: Nunca los usa para sistemas de control críticos. Piensa en un calentador con control de temperatura. Detecta la temperatura y controla un elemento calefactor. Si su OpAmp es uno de esos tipos de enganche, es muy posible que a temperaturas extremas se enganche, encienda el calentador a plena potencia, permanezca allí para siempre y se queme en su casa.
La hoja de datos del OpAmp generalmente indica si tiene inversión de fase o si puede cerrarse. Si esto no se menciona en la hoja de datos, suponga que sí.