Рис. 1
В последней формуле мы учли, что напряжение базы VT1 равно сумме напряжений коллекторного перехода транзистора VT1 и эмиттерного перехода VT2, смещенных в прямом направлении. В многоэмиттерном транзисторе применяется особая геометрия p–n-перехода, позволяющая снизить инверсный коэффициент усиления (как правило 
), поэтому входные токи схемы малы. Ток базы VT1 Iб1 замыкается через коллекторный переход и переводит VT2 в состояние насыщения. Таким образом, выходное напряжение имеет низкий уровень: Uвых = 0.2 В . Если на одном из входов транзистора VT1 низкий уровень напряжения, соответствующий эмиттерный переход открыт и ток базы замыкается через него. Примем для определенности, что U вх1 = 0.2 B. При этом
Коллекторный переход VT1 закрывается, и транзистор переходит в активный режим. Ток коллектора 
имеет большую величину. Избыточный заряд, накопленный в базе VT2, быстро рассасывается через коллекторный переход первого транзистора. Напряжение база-эмиттер второго транзистора по мере рассасывания избыточных зарядов уменьшается. Транзистор VT1 переходит в состояние насыщения, а VT2 – отсечки. Напряжение на выходе схемы имеет высокий уровень. Таким образом, таблица истинно- сти элемента соответствует логической функции 2И-НЕ.
Недостатком простейшей схемы ТТЛ-элемента на рис. 1 является его неэкономичность. Когда транзистор VT2 находится в режиме насыщения, его коллекторный ток велик, что приводит к увеличению потребляемой мощности. Для уменьшения тока коллектора можно увеличить сопротивление резистора R2 . Однако это приведет к снижению уровня логической единицы и уменьшению нагрузочной способности схемы. Кроме того, увеличится время переключения схемы в состояние логической единицы.
Для повышения экономичности и быстродействия при сохранении нагрузочной способности в элементах ТТЛ используют сложные инверторы. Одна из стандартных схем ТТЛ-элемента, реализующая функцию 2И-НЕ, показана на рис. 2.
Во всех элементах ТТЛ при отрицательном входном напряжении резко увеличивается входной ток. Для ограничения отрицательных входных напряжений эмиттеры VT1 соединяют с корпусом через диоды, запертые для входных сигналов положительной полярности. Диоды отпираются только при действии отрицательных импульсов, возникающих при наличии помех.
Рис. 2
Скорость переключения транзистора ограничивается временем рассасывания зарядов, накопленных в базе. Заметно увеличить быстродействие удается в ТТЛ-схемах с диодами Шоттки (ТТЛШ). В таких схемах диоды Шоттки включаются параллельно коллекторным переходам. Это позволяет исключить насыщение транзисторов и существенно, уменьшить время переключения. Быстродействие элементов ТТЛШ в 3–5 раз выше, чем у аналогичных элементов ТТЛ. Недостатком ТТЛШ является меньшая помехоустойчивость из-за меньшего размаха выходного напряжения 
Схемы ТТЛШ работают при таких же уровнях сигналов и питающих напряжений, как и обычные ТТЛ-схемы. Многоэмиттерные транзисторы на входе заменяют диодами Шоттки.
Микросхемы ТТЛ с повышенной нагрузочной способностью. Одним из важных параметров цифровых ИС является нагрузочная способность. Она характеризуется коэффициентом разветвления Кразв , равным числу микросхем той же серии, которые можно подключить к выходу рассматриваемого элемента. Для большинства микросхем ТТЛ нагрузочная способность Кразв = 10. Некоторые ТТЛ-микросхемы выпускают с повышенной нагрузочной способностью, обеспечивая К разв = 30.
На практике часто возникает необходимость подключения выходов не- скольких логических элементов к одной нагрузке. Одним из способов объединения выходов является использование в выходных каскадах транзисторов, один из выводов которых никуда не подключен. Такой вывод называют открытым. На рис. 3 показана упрощенная схема ТТЛ-элемента с открытым коллектором. Свободный коллектор такой схемы является ее выходом и подключается к источнику питания через внешнее нагрузочное сопротивление. Его роль может выполнять светодиод, обмотка реле и т. п.
Рис. 3
Открытые выводы логических элементов можно объединять. При этом обеспечивается реализация дополнительной логической функции. Логическая функция, реализуемая путем соединения выходов отдельных микросхем, называется монтажной логикой.
У некоторых цифровых интегральных схем в дополнение к состояниям логических нуля и единицы имеется третье, называемое высокоимпедансным или z-состоянием. У таких микросхем имеется дополнительный управляющий вход EZ. При ЕZ = 1 выходные транзисторы логического элемента за- перты, их выходное сопротивление велико и микросхема оказывается отключенной от нагрузки.
При использовании логических элементов с тремя состояниями их выводы можно объединять вместе. Управление работой микросхем организуют так, чтобы они все, кроме одной, находились в высокоимпедансном состоянии. Это позволяет передать по одной шине информацию от нескольких источников.
