Ein Optokoppler (auch Optokoppler oder optischer Isolator genannt) ist eine elektronische Komponente, die elektrische Signale zwischen zwei isolierten Stromkreisen unter Verwendung von Licht überträgt. Der Wert der optischen Kopplung in elektronischen Schaltungen zur galvanischen Trennung wurde bereits in den 1960er Jahren erkannt. Optoisolatoren basierten damals auf Fotowiderständen und Glühbirnen – den langsamsten, aber auch linearsten Systemen dieser Art. Sie haben immer noch ihre Nischenanwendungen in der Audio- und Musikindustrie. Die Kommerzialisierung der LED-Technologie in den 1970er Jahren ermöglichte die Entwicklung modernerer Arten von Optoisolatoren, die noch heute im Handel erhältlich sind.
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Optoisolatoren
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Optoisolator – Optische galvanische Isolationssysteme
Der Optokoppler enthält eine Lichtquelle . Dabei handelt es sich fast immer um eine IR-LED , die das elektrische Eingangssignal in Licht umwandelt, einen dielektrischen optischen Kanal und einen Lichtdetektor zur Erkennung des Emitterlichts. Es erzeugt direkt Strom oder moduliert den von einer externen Stromquelle fließenden Strom. Dieser Sensor kann ein Fotowiderstand, eine Fotodiode, ein Fototransistor oder ein Fototriac sein. Da LEDs Licht nicht nur emittieren, sondern auch detektieren können, ist es möglich, mit ihnen symmetrische bidirektionale optische Isolatoren zu konstruieren. Typischerweise übertragen Optokoppler digitale Signale (Ein-Aus), obwohl einige Techniken die Verwendung mit analogen Signalen ermöglichen.
Vorteile der galvanischen Trennung in elektronischen Systemen
Elektronische Geräte sowie Signal- und Stromübertragungsleitungen können durch Blitzschlag, elektrostatische Entladung usw. Spannungsspitzen ausgesetzt sein. Ein Blitzeinschlag kann einen Spannungsanstieg von bis zu 10.000 V verursachen. Solche Hochspannungsspitzen können Eingangsschaltkreise sowie die gesamte Elektronik beschädigen Geräte. Die Hauptfunktion eines Optokopplers besteht darin, solch hohe Spannungen zu blockieren. Dieses Element eliminiert das Risiko von Übergangszuständen im Signalpfad. Handelsübliche Optokoppler halten Eingangsspannungen bis 10 kV und Impulsen mit einer Anstiegszeit von bis zu 25 kV/μs stand.
Die wichtigsten Parameter von Optokopplern
Bei der Auswahl eines galvanischen Isolators müssen Sie unabhängig vom Typ zwei Parameter beachten. Eine davon ist die maximal zulässige Übertragungsrate , die die Kommunikationsgeschwindigkeit durch die optische Isolationsbarriere begrenzt. Der zweite Parameter ist die maximal zulässige Potenzialdifferenz zwischen der Primär- und Sekundärseite des Systems. Die meisten Optoisolatoren auf dem Markt verwenden kostengünstige bipolare Silizium-Fototransistorsensoren. Sie erreichen durchschnittliche Datenübertragungsgeschwindigkeiten, die für Anwendungen wie die Signaltrennung in der Automatisierung oder den Schutz digitaler Schnittstellen ausreichend sind. Die schnellsten Optoisolatoren verwenden PIN-Fotodioden im Fotoleitungsmodus.
Einfache Implementierung im System
Moderne integrierte Optokoppler erfordern zum Betrieb nur eine minimale Anzahl externer Komponenten. Elemente dieses Typs sind an ihre Rolle angepasst – die Rolle von galvanischen Isolatoren digitaler Leitungen, daher arbeiten Ein- und Ausgang des Systems im TTL-Logikstandard – 5 V, 3,3 V und andere, je nach Bedarf. Um einen typischen Optokoppler mit einer LED und einem Fototransistor zu implementieren, sind nur zwei Widerstände erforderlich. Mehrere in unserem Shop erhältliche Optokoppler, die mehrere Isolatoren in einem Gehäuse enthalten, erleichtern die Installation und reduzieren die Fläche auf der Leiterplatte, die durch die galvanische Trennung von Signalen belegt wird.
Optokoppler – FAQ
Ein Optokoppler (auch Optokoppler genannt) ist eine elektronische Komponente, die mithilfe von Licht elektrische Signale zwischen zwei isolierten Schaltkreisen überträgt. Optokoppler verhindern, dass hohe Spannungen das Signalempfangssystem beeinflussen.
Ein Optokoppler verbindet die Ein- und Ausgangsseite mithilfe eines durch den Eingangsstrom modulierten Lichtstrahls. Es wandelt das nutzbare Eingangssignal in Licht um, überträgt es über einen dielektrischen Kanal und fängt dann das Licht auf der Ausgangsseite ein und wandelt es wieder in ein elektrisches Signal um.