OMG! Esto es demasiado fuerte, mandar +/-5V a una entrada TTL. Menos mal que los generadores de señal dan baja corriente porque sino la compuerta ya era cadáver.
¿Y como puede haber problema en el primer caso????? Justificar la respuesta.
De debe a que la entrada del 74LS04 no es como imaginás. Tienen un zener de protección, aunque no es pensando en vandalismo.
Cuando metés -5V te conduce el zener en directa. Parecido te hubiese pasado con tensiones positivas encima de 5.5...7V que es la tensión de esos zeners.
Ver el archivo adjunto 177233