Come si nota in fig.1 l' SCR è costituito da quattro strati drogati diversamente:

• il primo strato è drogato p;
• il secondo strato è drogato n- ;
• il terzo strato è drogato p;
• il quarto strato è drogato n+.

al primo strato è collegato l' Anodo, al quarto strato è collegato il Catodo; al terzo strato è collegato un terminale chiamato Gate.

Se applico una tensione positiva fra Anodo e Catodo , Vak>0  la giunzione J1 risulta polarizzata direttamente  , la giunzione J₂ risulta polarizzata inveramente e la J₃  risulta polarizzata direttamente ; la giunzione  J₂  , essendo polarizzata inversamente, blocca la corrente.

Il tiristore può essere rappresentato come in fig.2.

Supponiamo ora di applicare una tensione negativa fra Anodo e Catodo, Vak<0; succede che la giunzione J1 risulta polarizzata inversamente  , la giunzione  J₂  risulta polarizzata direttamente e la  J₃ risulta polarizzata inversamente ; le giunzioni  J₁ e  J₃, essendo polarizzate inversamente, bloccano la corrente.

In realtà poiché la regione di deriva drogata n- è molto ampia e poco drogata sarà J₁ a bloccare la corrente ed a supportare l'intera tensione inversa.

Insomma sembrerebbe che la corrente non passi mai qualunque sia la tensione Vak. 

Come si fa allora a mandare in conduzione il marchingegno?

Assume un ruolo importante il Gate.

Prendiamo in considerazione il  il circuito equivalente di fig.3.

Si può notare la presenza di due BJT collegati in retroazione, ed è proprio questo effetto a permettere l'innesco. Dato che la corrente di base del BJT  NPN è regolata dal terminale di Gate esso può innescare il dispositivo in quanto un aumento della corrente di base comporta un aumento della corrente di collettore e quindi un aumento della corrente di base del PNP che comporterà un ulteriore aumento di corrente in base al NPN.

Dunque si instaura un meccanismo di retroazione positiva tale da portare in breve tempo il tiristore dallo stato di alta impedenza a quello di bassa impedenza e quindi conduzione. 

In realtà c'è un altro modo per accendere il dispositivo ed è quello di aumentare Vak.

Ma allora cosa succede, come funziona questo benedetto tiristore; come posso accenderlo e come posso spegnerlo? per capirlo prendiamo in considerazione il modello di EBERS - MOLL  di fig..4

Per cercare di capire come fare consideriamo il tiristore intrinseco di fig.6.

Osservando l'andamento del potenziale ci rendiamo conto che se aumento V_AK la base efficace del PNP diminuisce ; ciò comporta un aumento di α _pnp ; se poi applico una corrente nel Gate ho un aumento della corrente nel NPN  quindi un aumento di hfe e quindi di α _npn  .

Ricapitolando :

• aumentando V_AK aumento α _pnp 
• applicando una I_G  aumenta α _npn

E' dunque possibile fare in modo  che sia    α _npn + α _pnp = 1 

 Vediamo ora il drogaggio come riportato in fig.6; possiamo osservare che dall'anodo, in conduzione,  attraverso la zona p+ fortemente drogata vengono iniettate moltissime lacune che giungono fino alla giunzione J₃  poi entrano nella zona n+ e ricombinano; dal catodo vengono invece iniettati moltissimi elettroni che giungono fino alla giunzione J₁ poi entrano nella zona p e ricombinano (vedi fug.6 ).

Fra le giunzioni J₁  e J₃ c'e dunque  una zona ricolma di lacune ed elettroni provenienti dal l'anodo e dal catodo in concentrazione molto maggiore del drogaggio presente inizialmente (queste lacune ed elettroni costituiscono il plasma come indicato in fig.7).

Questo plasma determina una riduzione della resistività della regione (Modulazione della conduttività); la tensione fra anodo e catodo in conduzione è : V_on = V_J + R_on I_A

V_J  = 0,7V è la tensione di una giunzione (le altre due si elidono a vicenda);   R_on è la resistenza della zona fra le giunzioni estreme.

 V_on raggiunge valori molto bassi.

Togliendo la corrente di Gate non è possibile, almeno nei normali Tiristori,  spegnere il dispositivo.

Nella fig.7 si nota la regione occupata dal plasma; togliendo la corrente al Gate non succede assolutamente nulla la corrente continua a fluire dal anodo al catodo; ma se applico una corrente negativa al Gate, si riesce ad interrompere la I_A? 

La risposta è negativa perché  per quanto grande sia la corrente di Gate (in valore assoluto) la resistenza fra Gate   e zona del plasma è molto alta e non riesce a drenare la corrente che attraverso il plasma va da anodo a catodo.  Neanche riducendo la distanza fra gate e plasma, utilizzando per esempio un catodo interdigitato (fig.7),   le cose migliorano più di tanto.

Per spegnere il tiristore occorre allora fare in modo che sia :

V_AK  = 0 . 

In realta è stato realizzato un tiristore che può essere spento annullando la I_G; questo dispositivo è il GTO riportato in fig.7a.

ha le seguenti caratteristiche:

• le celle del Gate sono molto piccole e numerosissime; affinché il Gate sia molto vicino al plasma;
• è stata realizzata l'sola di catodo come in fig.7a;
• è stato realizzato il corto di anodo come in fig.7a;

Il corto di anodo serve per accelerare la fuoriuscita degli elettroni.

una struttura siffatta però preclude la possibilità di avere alte tensioni di blocco per V_AK< 0

La corrente , Funzione di V_AK , segue la linea rossa partendo dallo 0. 

Quando V_AK = V_BO (tensione Break Over) si ha instabilità,   (α _npn + α _pnp =1 ) la tensione cala improvvisamente ed il dispositivo entra in conduzione; in fig.8 è riportato l'andamento della corrente I_A che sale con una pendenza 1/R_on.

Se riduco la tensione V_AK  la corrente segue la linea azzurra fino ad arrivare al valore negativo di V_RWM (Reverse Working Maximum),

Questo accade quando I_G =0 ; se I_G  è >0 allora la corrente segue la strada rossa , verde , rossa.

Nella Zona Off I_G, I e V_AK sono nulle ; quando applico la I_G per una certo tempo t_d (delay time) sia I che V_AK  rimangono nulle poi I cresce con una determinata pendenza fino a raggiungere in un tempo di risalita  t_r(time rise) il valore finale; contemporaneamente la V_AK scende ed in un tempo t_r+t_ps raggiunge lo zero.

Nel tempo t_ps  si ha la formazione del plasma.

La pendenza di risalita di I (la derivata di t rispetto al tempo  dI/dt) va limitata per evitare la deriva termica.

Per limitare la crescita della I si pone in serie al dispositivo  una induttanza (SUBBER).

A regime la I_G può essere eliminata; di solito si lascia riducendone  il  valore.

in fig.9 è indicato l'andamento del transitorio di accensione.

in fig.10 è indicato l'andamento del transitorio di accensione.