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Ratgeber

    

Optokoppler

Ein Optokoppler ist ein elektronisches Bauteil, um ein Signal von einem elektrischen Schaltkreis zu einem anderen zu übertragen, ohne dass ein galvanischer Kontakt zwischen ihnen besteht. In diesem Ratgeber erfahren Sie die wichtigsten Fakten über Aufbau und Funktion von Optokopplern. Wir informieren Sie außerdem über Auswahlkriterien für die Beschaffung.



Die Komponenten eines Optokopplers

Grundsätzlich bestehen Optokoppler aus wenigsten zwei Komponenten, untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse: dem Sender und dem Empfänger. Zwischen den beiden Einheiten existiert keinerlei elektrischer Kontakt. Damit ist es möglich, die Sendereinheit beispielsweise durch kleinste Spannungen oder Ströme zu aktivieren, während sich mit der Empfängereinheit auch Spannungen im Kilovoltbereich steuern lassen. Die Signalübertragung erfolgt dabei generell über Licht, in der Regel im Infrarotbereich.



Anwendungen für Optokoppler

Es gibt unzählige Anwendungen für Optokoppler. Naheliegend ist die Kopplung zweier Stromkreise, die über getrennte Stromversorgungen verfügen, ohne dass ein elektrischer Kontakt zwischen ihnen besteht. Diese Schaltung vermeidet Masseschleifen, dient aber auch dem Schutz von Niederspannungskomponenten wie Mikroprozessoren.
In der Stromverteilung gewähren sie den Schutz von Menschen vor gefährlichen Spannungen. Die Koppler fungieren dann als Relais zwischen dem Steuerkreis und den Leistungskreisen, allerdings mit einem erheblichen Gewinn an Platz, Energie und möglicher Übertragungsgeschwindigkeit.

Ein Optokoppler lässt sich sowohl für Gleich- als auch für Wechselstromsignale verwenden. Varianten mit Thyristor oder Triac als fotoempfindliches Bauelement sind dabei in erster Linie für Leistungssteuerungsanwendungen mit Wechselstrom konzipiert. Ihr wesentlicher Vorteil ist die vollständige Isolierung von jeglichem Rauschen oder von Spannungsspitzen, die auf der Wechselstromversorgungsleitung vorhanden sind.
Außerdem dienen sie für die Nulldurchgangserkennung der Sinuswellenform, die Schalt- und Einschaltströme reduziert und Leistungshalbleiter vor thermischer Belastung schützt.



Auswahlkriterien für die Beschaffung


Zu den wichtigsten Auswahlkriterien für Optokoppler gehören folgende Eigenschaften:

Stromübertragungsverhältnis, CTR

Einer der wesentlichen Parameter eines Optokopplers ist seine Effizienz. Dieser Parameter wird durch eine enge spektrale Abstimmung der LED und des Fototransistors maximiert. Der Wirkungsgrad eines Optokopplers lässt sich einfach durch das Ausgangs-Eingangs-Stromübertragungsverhältnis angeben, das heißt durch das Verhältnis des Ausgangsstroms (Ic) – gemessen am Kollektoranschluss des Fototransistors – zum Eingangsstrom (IF), der in die LED fließt.

Eingang-zu-Ausgang-Isolationsspannung

Dies ist die maximale Potenzialdifferenz (dc), die zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen bestehen darf. Typische Werte reichen von 500 Volt bis 20 Kilovolt.

Maximale Kollektor-Emitter-Spannung, VCE (max)

Das ist die maximal zulässige Gleichspannung, die an den Ausgangstransistor angelegt werden kann. Typische Werte variieren von 20 bis 80 Volt. 

Bandbreite

Die typische maximale Signalfrequenz in Kilohertz, die sinnvollerweise durch den Optokoppler geleitet werden kann, wenn das Gerät in seinem normalen Modus betrieben wird. Typische Werte reichen von 20 bis zu 500 Kilohertz, je nach Bauart des Geräts.

Ansprechzeit

Aufgeteilt in Anstiegszeit tr und Abfallzeit t*. Für eine Fototransistor-Ausgangsstufe liegen tr und t* üblicherweise bei 2 bis 5 Mikrosekunden. 

Ein einfacher Trenn-Optokoppler verwendet eine einzelne Ausgangsstufe und ist üblicherweise in einem sechspoligen Gehäuse untergebracht, wobei der Basisanschluss von außen zugänglich ist. Bei normalem Gebrauch wird die Basis offengelassen. Unter einer solchen Bedingung verfügt der Optokoppler über einen minimalen CTR-Wert von 20 Prozent und eine nutzbare Bandbreite von 300 Kilohertz.

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