تریستورها عناصر چهارلایه PNPN هستند که دارای سه پیوند PN می باشند ( در ابتدا ترمینال گیت را مورد بحث قرار نمی دهیم)
اگر ولتاژ V به دو سر این عنصر اعمال شود دو پیوند J3و J1 بایاس مستقیم شده ولی J2 بایاس معکوس می شود و آمپرمتر عبور جریانی را نشان نمی دهد (جریان در حد جریان نشتی پیوندJ2 است)
اگر ولتاژ ورودی را معکوس کنیم، این بار J2 بایاس مستقیم می شود ولی J1 و J3 بایاس معکوس می شوند. پس به نظر می رسد در هر دو جهت عنصر فوق هدایت نمی کند. عملاً هم اگرآزمایشی ترتیب دهیم همین نتیجه گرفته می شود. (به شرط آنکه ولتاژ ورودی خیلی زیاد نشود).
در حالتی که پلاریته ولتاژ ورودی مطابق شکل باشد، با ازدیاد ولتاژ V دیده می شود که ناگهان آمپرمتر عبور جریان قابل توجهی را نشان می دهد و اگر مقاومت محدود کننده در مدار نباشد، افزایش جریان آنقدر زیاد می شود که عنصر می سوزد!! چرا چنین اتفاق می افتد؟
برای توضیح رفتار مدار عنصر 4 لایه را مطابق شکل زیر برش می زنیم.
شکل برش خورده مشابه دو ترانزیستور NPN , PNP است که بیس یکی به کلکتور دیگری و کلکتور آن به بیس دیگری به صورت ضربدری وصل شده (Cross Coupled)
این مدار را به صورت زیر هم می توان نشان داد:
می دانیم در هر ترازیستور داریم:
البته این رابطه تقریبی است و به کمک آن نمی توان طرز کار عنصر 4 لایه را شرح داد. رابطه دقیق تر که برای بحث ما مفید است چنین است:
که ICBO جریان اشباع معکوس کلکتور - بیس ترانزیستور است .
رابطه را یک بار برای ترانزیستور 1 و یکبار برای ترانزیستور 2 می نویسیم.
ما از شکل دیده می شود که
پس:
طرفین رابطه را با هم جمع می کنیم:
این رابطه اساس کار عناصر 4 لایه (تریستورها) است. وقتی ولتاژ دو سر عنصر 4 لایه در جهت بایاس مستقیم کم است، جریان های امیتر و کلکتور که همان جریان های نشتی اند کم هستند و خیلی کوچک و جمع آنها کمتر از 1 است.
با افزایش ولتاژ ورودی، جریان های IE , Ic زیاد شده و همراه آن هم زیاد می شود. به ازای مقداری از ولتاژ ورودی V که ها حدود5/0 بشوند و جمع آنها
مقدار I به سمت بی نهایت میل می کند و اگر مقاومت محدود کننده در مدار نباشد واقعاً (در عمل) I خیلی بزرگ می شود. ترانزیستورها وارد ناحیه فعال شده و به سرعت از این ناحیه خارج و وارد ناحیه اشباع می شوند و مجدداً ها کوچک شده و جمع آنها کمتر از 1 می شود.
عنصر چهار لایه به صورت شکل 1 در عمل ساخته شده و به نام دیود 4 لایه یا دیود شاکلی یا FLD معروف است
(Four layer Diode)
با علامت مداری :
منحنی مشخصه v-j برای آن چنین است:
VB0 ولتاژی است که در آن عنصر 4 لایه ناگهان از حالت قطع به حالت اشباع می رود. این عنصر نمی تواند در ناحیه فعال باقی بماند زیرا در ناحیه فعال
است. اگر ترانزیستورها در ناحیه فعال باشند آنگاه داریم
و چون :
پس :
یعنی
و این ممکن نیست.