随着科学技术的不断发展，从可控硅整流元件问世以后，又陆续出现了各种特异性能的可控硅器件，光可控硅就是其中的一种。由于光可控硅具有独特的光控性能，所以在工业自动控制、国防工程和科学研究等领域中得到广泛的应用。
光可控硅是怎样工作的？
光可控硅实际上是一种利用光信号控制的开关器件，它的伏安特性和普通可控硅相似，只是用光触发代替了电触发。
我们知道，可控硅整流元件的转折电压是随着触发电流的增加而降低的；而光可控硅的转折电压则是随着光照强度的增大而降低的见图1。
从内部结构上看，光可控硅与普通可控硅也基本相同，它也是由P\(_{1}\)—N1—P\(_{2}\)—N2四层半导体叠合而成的见图2a。其中N\(_{1}\)和P2构成的PN结J\(_{2}\)相当于一个光电二极管。不过，因为光可控硅是用光信号触发的，并不需要引出控制极，所以它是一个只有阳极（A）和阴极（K）的二端元件，它的符号如图2b。另外，为了使J2结能接受光照，在光可控硅管子的顶端开有一个玻璃窗如图2c。
如果我们把光可控硅接上正向电压（阳极为正，阴极为负），从图2a可以看到，这时的J\(_{2}\)给处于反向偏置，因此整个光可控硅处于阻断状态。当一定照度的光信号通过玻璃窗照射到J2处的光敏区时，在光能的激发了，J\(_{2}\)附近产生大量的电子和空穴两种载流子，它们在外电压的作用下可以穿过J2阻挡层，使光可控硅从阻断状态变成导通。
为了进一步说明它的工作过程，我们把在没有光照而处于正向电压下的J\(_{2}\)结看成是一个反偏的光电二极管Dg。同时还可以仿照分析普通可控硅的方法把四层叠合半导体看成是由两部分组成的。如果再把反向偏置的光电二极管D\(_{g}\)以及结电容CJ也考虑进去的话，就可以把图2a画成图3a。从图3a可见，图的右上部分是一个PNP型三极管，左下部分是一个NPN型三极管。于是，可以再进一步把它改画成图3b那样的电路。
有了图3b这个等效电路图，可以帮助我们更深入地了解光可控硅的工作原理。在没有光照的情况下，光电二极管D\(_{g}\)处于截止状态，BG1、BG\(_{2}\)两个三极管都没有基极电流，所以尽管这时光可控硅上所加的是正向电压，整个电路仍然不通，也就是光可控硅处于阻断状态。当光信号照射到光电二极管Dg时，D\(_{g}\)导通，并有光电流Ig通过。这个电流正是流入BG\(_{1}\)的基极电流，假设BG1的电流放大倍数是β\(_{1}\)，那么，Ig经过放大后就会在BG\(_{1}\)的集电极中产生一个β1·I\(_{g}\)的电流。BG1中的这个集电极电流同时又是BG\(_{2}\)的基极电流，假设BG2的电流放大倍数是β\(_{2}\)，于是在BG2 的集电极中将会产生一个β\(_{1}\)·β2·I\(_{g}\)的电流。而这个新产生的电流又正好是BG1的基极电流，在BG\(_{1}\)的集电极中又会产生被放大了β1倍的集电极电流……如此循环不已，形成强烈的正反馈。于是，在极短的时间内使BG\(_{1}\)、BG2饱和导通，光可控硅便迅速从阻断转入导通状态。
在光可控硅导通之后，即使去掉光信号，由于内部的正反馈过程已经形成, 所以光可控硅仍然处于导通状态。这一个特点和普通的可控硅在触发导通后即使去掉触发信号，可控硅仍然导通的情形是一样的。要想使光可控硅重新变成阻断状态，必须去掉阳极和阴极上所加的正向电压。
从图3b还可以看出，当光可控硅上加的是反向电压，即阳极接负、阴极接正时，由于J\(_{1}\)结和J3结都处于反向偏置，所以不管有没有光信号，光可控硅是一定处于阻断状态的。
从以上分析可以知道，光可控硅和普通可控硅除了触发信号一个是光，一个是电这一点不同以外，它们的工作原理是相似的。
功能更全的光可控硅
1．光电两用可控硅：在光可控硅中再引出一个控制极，就可以做成一个光、电两用的可控硅。这种可控硅在需要用光触发时，就使光信号照射到J\(_{2}\)结上；在需要电触发时，就将电信号接到控制板上（图4a）。由于它有一个控制极，所以和普通可控硅一样，也是三端元件。它在电路中通常用图4b的符号表示。
2．双向光可控硅: 和普通可控硅一样，光可控硅也可以作成双向的，即双向光可控硅。这种光可控硅是在一个硅片上，制成两个反向并联的光可控硅，硅片的两侧做成两个斜面，可以分别接受从两个不同方向的光照。为了防止两个光可控硅互相影响造成误动作，在它们中间有一个阻止载流子移动的隔离区。这种双向光可控硅在功能上相当于两个反向并联使用的光可控硅。由于它只需要一个散热器，所以体积可以大大减小。双向光可控硅在电路中的符号如图5所示。
3．大功率光可控硅：在使用光可控硅时，总是希望它有较高的触发灵敏度，也就是即使在照度较低的光信号作用下也能使光可控硅可靠地导通。要做到这一点。必然会遇到高温特性、电压上升率以及耐压等方面的限制。因此，做成一个大功率的光可控硅是比较困难的。例如，目前国产光可控硅的额定导通电流只有几十到几百毫安，最高工作电压一般只有几十伏。
但是，经过人们的不断努力，克服了种种困难，目前国际上已有额定导通电流高达1500安、工作电压可达4000伏的大功率光可控硅产品。这就为光可控硅的应用开拓了广阔的前景。
光可控硅使用中的几个问题
从前面的分析知道，光可控硅和普通可控硅除了触发信号不同以外, 其它特性基本上都是相同的, 因此在使用时，只要注意光控这个特点就行了。
在使用中首先会遇到的一个问题必然是：对光源有些什么要求？是否任何光源都能使用?
因为光可控硅对不同波长的光信号的反应是不同的，它对波长范围在0.8～0.98微米的红外线最为敏感。通过测量，我们发现砷化镓发光二极管在0.94～0.95微米波长范围内发光最强，有的激光在波长为1微米左右时发光最强，所以它们都是光可控硅较为理想的光源。但有时为了经济，也可以用普通白炽灯作为光源，这时为了延长灯泡的使用寿命，可以使用较低的工作电压。
光可控硅不仅对光源的波长有一定要求，对光信号的照度自然也有一定的要求。为了说明这一点，光可控硅有一个叫做“导通光照度”的参数，它表示光可控硅导通时光信号的最小照度，一般在1000勒克斯以下。不同的光可控硅，“导通光照度”也不相同。通常把产品按不同的导通光照度分成若干档，并在光可控硅器件的一侧用色标加以区分。例如，红色表示导通光照度大于500勒克斯；绿色表示大于100勒克斯；黄色表示大于50勒克斯等。在使用时应根据不同的要求选择不同的光源和适当地调节它们的光照度。
第二个问题是连接方法的问题。
光可控硅有二端的和三端的两种，在使用不带控制极的二端光可控硅时，情况比较简单，可以象使用光电二极管那样，按照极性要求接入电路。图6就是使用二端光可控硅的自锁光控电路。在没有光照时，光可控硅GK阻断，负载R\(_{L}\)中没有电流通过；当有光信号照射时，GK导通，RL中有电流通过，而且在去掉光信号以后，GK仍然是导通的，所以称为自锁式。要想切断电路，必须按下开关K，使GK失电而阻断。
在使用带控制极的三端光可控硅时，如果采用光信号控制的方式，这时控制极不用，但不能悬空，应该在控制极与阴极之间接上一个2KΩ～100KΩ的电阻R（图7）。接上这个电阻后可以减轻由于温度变化对触发灵敏度的影响。此外，对这种三端光可控硅，与普通可控硅一样，也要考虑电压上升率等参数的要求。例如，为了防止因电压上升速度超过允许的电压上升率而造成的误导通，可在阳极和阴极之间接上一个RC吸收电路，如图7中的R\(_{1}\)、C1；有时也可在控制极和阴极之间并联一个0.001～0.01微法的电容C\(_{2}\)（图7）。图中的R1、C\(_{1}\)还起着对可控硅的过电压保护作用。
在使用中遇到的第三个问题是光信号的传输问题。
由于光可控硅是靠光的照射导通的，因此它的信号系统与可控硅之间只要保证能接收到正常的光照，不需要电的连接。在近距离的情况下，光信号的传输可以用最简单的方式，就是使光源直接照射到光可控硅上。当距离较远时，就必须设置专用的光信号传输系统。例如可以利用光导纤维传输，不仅方便，而且安全可靠。这也是光可控硅的突出优点。
图8画出的是三相整流或逆变桥路中的一个桥臂。它就是通过光导纤维传输光信号的。光信号使五只光可控硅同时触发导通，进而使相应的主可控硅也触发导通，通过整流桥的作用把交流高压变为直流高压，从线路传送到远方，到了对方后再用逆变电路把直流电能变换成交流电能供给用户使用。这样就达到了用直流输电方式传送交流电能的目的。因为直流输电能降低线路损耗，所以对于节能和节省有色金属都具有重要的意义。
因为光可控硅本身就是一个开关，所以还可以利用它作成各种开关电路，例如光电逻辑电路、自动生产线的运行监控电路、光电耦合器等。这些电路除了用光控这一点不同以外，其它部分的工作原理和一般电路是相同的，这里就不再详述了。(董清三 张国忠 方波)