Для розширення функціональних можливостей у окремих мікросхем виходи виконані так, що верхній вихідний транзистор і відносяться до нього елементи відсутні. Такі логічні елементи називають елементами з вільним (відкритим) колектором (рис. 9.18).
Верхній транзистор звичайної транзисторної вихідний пари відсутня, а висновок має колектор нижнього транзистора VТ3. Якщо хоча б один із вхідних сигналів дорівнює 0, транзистор VТ3 закритий, на виході схеми формується напруга низького рівня. Такий вихідний каскад не здатний сам по собі сформувати на виході високий рівень напруги. На практиці колектор транзистора VТ3 такої мікросхеми підключається зовнішнім монтажем до додаткового джерела напруги через навантажувальний опір. Опором навантаження може бути резистор, реле, елементи індикації (світлодіод, лампа розжарювання), коаксіальний кабель, вхід підсилювача потужності та ін. Напруга, до якого підключається зовнішнє навантаження, може значно перевищувати напруга живлення мікросхеми.
Мікросхеми з відкритим колектором дозволяють:
- бути перехідною ланкою від логічної частини пристрою до елементів виведення інформації, тобто використовуються для управління зовнішніми пристроями;
- забезпечити реалізацію додаткової логічної функції при безпосередньому з'єднанні між собою виходів декількох мікросхем.
Об'єднання виходів декількох функціональних вузлів називають монтажною (провідний) логікою. При такому з'єднанні, якщо на виході одного або декількох елементів буде низький потенціал (логічний 0 в позитивній логіці), то низький потенціал буде на виході всієї схеми. При наявності логічної одиниці на всіх виходах на загальній об'єднаному виході буде значення логічної одиниці. Паралельне підключення декількох відкритих колекторів до загальної навантаженні створює систему, що виконує логічну операцію І (монтажне І)
Кожен з логічних елементів в свою чергу виконує логічну операцію І-НЕ
Отже, вихідна логічна функція системи
При роботі схем з монтажною логікою необхідно враховувати, що кожен компонент схеми втрачає самостійність і діє як елемент загальної системи. Графічне представлення розглянутої функції представлено на рис. 9.18, б, в. Включення логічних виходів на загальне навантаження (монтажна логіка) умовно зображується у вигляді логічного елемента, що виконує відповідну логічну функцію (рис. 9.18, б). А то, що це не реальна мікросхема, а спосіб з'єднання висновків, до символу виконуваної операції додається умовний знак - à (Ромб) в поле мікросхеми або в точці з'єднання висновків (рис. 9.18, в). Прикладами елементів з відкритим колектором є мікросхеми К155ЛА7; К155ЛА11.
Подаючи різні значення напруги харчування в схемах з відкритим колектором, можна отримувати різні рівні вихідного сигналу. Це дозволяє здійснювати узгодження мікросхем серії ТТЛ з іншими серіями, що мають інші значення логічних нулів і одиниць, не використовуючи додаткових перетворювачів рівнів.
Максимальне число поєднуваних елементів і максимальне значення Rн макс обмежуються співвідношенням значення цього опору і струмів витоку вихідних транзисторів. Коли все транзистори закриті, падіння напруги на R н від сумарного струму витоку не повинно знижувати високий рівень на виході нижче допустимого (рис. 9.19, а). Rн хв обмежена максимально допустимим струмом відкритого вихідного транзистора (рис. 9.19, б).
Опір Rн макс знаходять з умови забезпечення великого вихідного напруги (рис. 9.19, а)
де Kоб вих - число об'єднаних виходів;
Iут вих - струм витоку на виході;
Rоб вх - число підключених входів.
Мінімальний опір Rн хв знаходять з умови отримання мінімального вихідного напруги - логічного нуля (рис. 9.19, б)
де - максимальний допустимий вихідний струм одного елемента при забезпеченні логічного нуля на його виході.
Конкретне значення Rн вибирають з умови необхідної швидкодії при найменшій споживаної потужності. Максимальна швидкодія досягається тоді, коли Rн близько до мінімального значення. З підвищенням Rн збільшується час заряду паразитних ємностей при високому рівні вихідної напруги, і зменшується споживання струму при низькому рівні.