我們先來說說集電極開路輸出的結構。集電極開路輸出的結構如圖1所示，右邊的那個三極管集電極什麼都不接，所以叫做集電極開路（左邊的三極管爲反相之用，使輸入爲"0"時，輸出也爲"0"）。
對於圖1，當左端的輸入爲“0”時，前面的三極管截止（即集電極C跟發射極E之間相當於斷開），所以5V電源通過1K電阻加到右邊的三極管上，右邊的三極管導通（即相當於一個開關閉合，此時Ube=0.7V，Uce≈0V）；
當左端的輸入爲“1”時，前面的三極管導通，而後面的三極管截止（前面三極管導通，此時前面的三極管是處於飽和區的，也就是說Uce<Ube<0.7V，後面的三極管Ube的電壓其實就是前面三極管Uce的電壓值，所以後面的三極管此時是處於截止狀態的，也就是說be，ce都是截止·狀態，高阻態。相當於開關斷開）。
我們將圖1簡化成圖2的樣子。圖2中的開關受軟件控制，“1”時斷開，“0”時閉合。很明顯可以看出，當開關閉合時，輸出直接接地，所以輸出電平爲0。而當開關斷開時，則輸出端懸空了，即高阻態。這時電平狀態未知，如果後面一個電阻負載（即使很輕的負載）到地，那麼輸出端的電平就被這個負載拉到低電平了，所以這個電路是不能輸出高電平的。
再看圖三。圖三中那個1K的電阻即是上拉電阻。如果開關閉合，則有電流從1K電阻及開關上流過，但由於開關閉和時電阻爲0（方便我們的討論，實際情況中開關電阻不爲0，另外對於三極管還存在飽和壓降），所以在開關上的電壓爲0，即輸出電平爲0。如果開關斷開，則由於開關電阻爲無窮大（同上，不考慮實際中的漏電流），所以流過的電流爲0，因此在1K電阻上的壓降也爲0，所以輸出端的電壓就是5V了，這樣就能輸出高電平了。但是這個輸出的內阻是比較大的（即1KΩ），如果接一個電阻爲R的負載，通過分壓計算，就可以算得最後的輸出電壓爲5*R/(R+1000)伏