Was ist ein Optokoppler,Als PCB-Designer, Ingenieur oder Hobbyist haben Sie eine Vielzahl von Schaltern, Relais und Kopplern, um Ihre Leiterplatte anzupassen. Mit all den PCB-Komponenten und -Optionen, die auf dem Markt erhältlich sind, ist es schwer zu entscheiden, welche am besten zu Ihrem Projekt passt.
Zum Beispiel fragen Sie sich vielleicht, was ein Optokoppler tut und wie er sich von jedem anderen Relais unterscheidet. Dies ist es, was der folgende Leitfaden zu erklären hofft. Darin untersuchen wir den Optokoppler, seine verschiedenen Typen und wie Er Ihnen und Ihrem Projekt zugute kommen kann.
Was ist ein Optokoppler
Optokoppler haben viele Namen. Sie können es als Optoisolator, Photokoppler, optischen Koppler, optischen Isolator oder einfach optokoppler bezeichnen. Einige Leute können sie sogar als Optionen bezeichnen. Optokoppler sind jedoch integrierte elektronische Komponenten. Im Allgemeinen bestehen die grundlegendsten Typen aus einem rechteckigen Körper mit vier Stiften. Jeder Pin ist eine Unterkomponente. Der erste Pin ist die Anode, der zweite ist die Kathode, der dritte ist der Kollektor und der vierte ist der Emitter.
LTV-816 1 Kanal Opto-Isolator
Quelle: Wikimedia Commons
Zusätzlich gibt es eine kreisförmige Vertiefung an der Ecke des Hauptkörpers in der Nähe des ersten Pins. Es ermöglicht uns, die verschiedenen Pins zu identifizieren. Der Textkörper enthält auch Text mit der Teilenummer des Optokopplers. Dementsprechend verwenden wir es, um den Typ des Optokopplers zu identifizieren und auch das Datenblatt des Herstellers zu finden.
Dennoch ist der Optokoppler im Wesentlichen ein Halbleiterrelais, das zwei separate elektronische Schaltkreise miteinander verbindet. Die erste Schaltung wird über die ersten beiden Pins (Pin 1 und 2) verbunden, während die zweite Schaltung mit den letzten beiden Pins (Pin 3 und 4) verbunden wird. Dadurch kann die erste Schaltung die zweite Schaltung steuern.
Es ist leicht, einen Optokoppler mit einem integrierten Schaltkreis / Mikrochip (IC) zu verwechseln, weil er so aussieht. Dies gilt insbesondere für TRIAC Optokoppler.
Elektronische Mikrochips auf weißem Hintergrund
Wie funktioniert ein Optokoppler?
Wir können den Optokoppler verwenden, um elektronische Signale zwischen zwei isolierten Schaltkreisen zu übertragen. Dies ist eines seiner wichtigeren Attribute. Manchmal können Spannungsspitzen und Rauschen in einem Stromkreis auftreten. Ohne dass der Optokoppler die Schaltkreise isoliert, können sich diese Störungen auf den zweiten Stromkreis ausbreiten und Zerstörung verursachen. Der Optokoppler verhindert, dass diese Schäden in beiden Kreisläufen auftreten.
Darüber hinaus lässt der Optokoppler aufgrund seiner Halbleitermaterialien nur Elektronen in eine Richtung fließen. Folglich können die beiden miteinander verbundenen Stromkreise unterschiedliche Spannungen und Ströme verwenden.
Darüber hinaus können Sie die Funktionen Ihres Geräts erweitern. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, wie es die galvanische Trennung zwischen zwei getrennten Stromkreisen erleichtert. Zum Beispiel könnten wir dem zweiten Schaltkreis einen Transistor hinzufügen, ohne den ersten in einer Zweikreiskonfiguration zu stören. Auf diese Weise können Sie noch höhere Spannungs- und Strommengen steuern. Darüber hinaus könnte es Ihnen möglicherweise ermöglichen, die Schaltungssteuerung durch Hinzufügen elektronischer Komponenten zu automatisieren.
Die Struktur eines Optokopplers
Optokoppler gibt es in einer Vielzahl von Typen und Konfigurationen. Um die Dinge jedoch verständlicher zu machen, konzentrieren wir uns hauptsächlich auf die Fototransistor-Version.
Optokoppler-Schaltplan für Fototransistor
Quelle: Wikimedia Commons
Das obige Diagramm zeigt einen Fototransistor, der zwei Stromkreise verbindet. Wenn Sie sich den Fototransistorteil des Diagramms genau ansehen, werden Sie feststellen, dass sich auf der linken Seite ein LED-Symbol befindet:
Bild des LED-Symbols
Quelle: Wikimedia Commons
Im Gegensatz dazu gibt es ein Transistorsymbol rechts:
Bild des Transistorsymbols
Quelle: Wikimedia Commons
Wir können die obigen Zahlen leicht erkennen, dass ein Fototransistor eine modifizierte Version eines normalen Transistors ist. Darüber hinaus können Sie verstehen, warum wir die (dritten und vierten) Klemmen auf der Transistorseite Kollektoren und Emitter nennen. Darüber hinaus können Sie auch sehen, warum wir den ersten und zweiten Anschluss Anode und Kathoden nennen.
Transistoren haben in der Regel drei Anschlüsse. Hier gibt es jedoch einen kleinen Unterschied. Der Basispin in einer normalen Transistorschaltung fehlt in der Fototransistorschaltung. Dies liegt daran, dass der Transistor in einem Optokoppler etwas anders funktioniert. Anstatt elektronische Signale vom Basispin zu verwenden, verwendet der Transistor in einem Optokoppler licht von der LED.
Das Licht scheint von der LED und trifft auf den Transistor, schaltet ihn ein und lässt Strom im Hauptstromkreis fließen. Sie reagieren auf optischen Eingang und nicht nur auf elektrischen Eingangsstrom. Optokoppler gibt es in zwei gängigen Topologien. Die inneren Komponenten können entweder übereinander oder nebeneinander sitzen.
Optokoppler-Topologien
Quelle: Wikimedia Commons
Während wir das Innenleben des Fototransistors nicht sehen können (es sei denn, er ist durchscheinend), können wir unsere eigenen mit einer einfachen Schaltung erstellen. Wir werden das weiter unten in diesem Handbuch untersuchen. Aber lassen Sie uns zuerst die anderen Optokopplertypen untersuchen.
Optokoppler-Typen
Optokoppler zwischen einer Pinzette gehalten.
Es gibt sechs häufigste Arten von Transistoren. Sie sind:
Dies waren die frühesten Optokoppler. Sie verwenden Glühlampen, Neonlampen und GaAs-Infrarot-LEDs als Lichtquellen. Zusätzlich verwenden sie Cadmiumsulfid für Transistormaterial. Die Leute bezeichnen diese Arten von Optokopplern auch als Vactrole. Da es sich um ein älteres lichtempfindliches Gerät handelt, sind sie etwas langsamer als modernere Formen von Optokopplern. Folglich sind sie deshalb fast obsolet.
Diodenopokoppler verwenden Galliumarsenid-Infrarot-LEDs für Lichtquellen und Silizium-Photodioden als Rezeptoren. Damit sind sie die schnellste Optokoppler-Art – vor allem, wenn sie PIN-Dioden verwenden.
Genau wie Diodenoptopplatoren verwenden auch sie GaAs-Infrarot-LEDs als Lichtquellen. Sie verwenden jedoch entweder bipolare Silizium-Fototransistoren oder Darlington-Fototransistoren als Sensoren. Dies macht ihre Übertragungsraten und Reaktionszeiten schneller als resistive Optokoppler, aber langsamer als Diodenoptopplatoren.
Opto-isolierte SRCs verwenden Infrarot-LEDs zusammen mit siliziumgesteuerten Gleichrichtern. Ihre Übertragungsgeschwindigkeiten können variieren. Sie sind jedoch in keiner Konfiguration so schnell wie diodenbasierte Optokoppler. Trotzdem haben sie immer noch eine anständige Reaktionszeit und Übertragungsrate.
Diese Optokopplertypen verwenden eine Triode für Wechselstrom (TRIAC) als Sensortyp. Dies ist zusätzlich zu ihrer GaAs Infrarot-LED als Lichtquelle. Obwohl sie keine schnellen Übertragungsraten haben, haben sie sehr hohe Stromübertragungsraten.
Solid-State-Relais verwenden einen Stapel gaAs-Infrarot-LEDs als Lichtquellen. Darüber hinaus verwenden sie einen Stapel von Fotodioden, die entweder ein Paar MOSFETS oder ein einzelnes IGBT als Sensoren antreiben. Sie können sehr hohe Übertragungsgeschwindigkeiten und unbegrenzte Stromübertragungsverhältnisse aufweisen.
So erstellen Sie eine einfache Optokoppler-Schaltung
Optokoppler zwischen einer Pinzette vor einer Leiterplatte gehalten
Teileliste:
50-100K Ohm Lichtabhängiger Widerstand (LDR)
3V 0.02A Weiße Leuchtdiode (LED)
2V 0.02A Rote Leuchtdiode (LED)
9V Batterie x 2
Schalter
300 Ohm Widerstand
150 Ohm Widerstand x 2 (oder 300 Ohm Widerstand)
Erläuterung und Anleitung:
Rote LED und Optokoppler
Dieser einfache Optokoppler verwendet einen einfachen lichtabhängigen Widerstand (LDR) und eine weiße LED. Der LDR variiert seinen Lastwiderstand basierend auf der Lichteinwirkung. So hat es bei Dunkelheit einen sehr hohen Widerstand. Umgekehrt, wenn wir es hellem Licht aussetzen, hat es einen mageren Widerstand. In diesem Zusammenhang wird es als unsere Fotodiode fungieren.
Im Primärstromkreis benötigen wir eine weiße LED, die einen Spannungsabfall von 3 Volt aufweist und 0,02 Ampere verbraucht. Als nächstes werden wir eine 9-Volt-Batterie als Stromversorgung verwenden und den Stromkreis über einen Schalter steuern. Da das weiße LED-Licht einen 3-Volt-Strom benötigt, benötigen wir einen Widerstand mit einem 6-Volt-Abfall. Daher muss der Widerstand 300 Ohm Widerstand ((9V – 3V) ÷ 0,02A) haben.
Ihr Primärkreis besteht also aus der Batterie, die sich positiv mit dem Schalter, dem Widerstand und dem weißen LED-Licht verbindet. Sie können eine Steckplatine oder einen Draht verwenden, um die Komponenten zu verbinden. Insgesamt wird dies als unser Steuerkreis fungieren.
Wir werden eine rote LED mit einem Spannungsabfall von 2 Volt und einem elektrischen Strom von 0,02 Ampere im Sekundärkreis haben.
Wir verwenden es als Indikator, um anzuzeigen, wann die Schaltung funktioniert. Zusätzlich verbinden wir die LDR mit dieser Schaltung. Offensichtlich muss der LDR neben dem weißen LED-Licht sitzen.
Der LDR liefert einen Widerstand von etwa 70 Ohm, wenn wir ihn dem Licht der LED aussetzen. Sie müssen den LDR an die rote LED anschließen. Um den Sekundärkreislauf mit Strom zu versorgen, verwenden wir eine weitere 9-Volt-Batterie. Auch hier benötigen wir einen Widerstand, um die Spannung fallen zu lassen, damit die LED effektiv arbeiten kann. Wir empfehlen die Verwendung von zwei 150-Ohm-Widerständen. Ein 300-Ohm-Widerstand ist jedoch auch in Ordnung.
Sobald Sie jedoch mit dem Aufbau der Schaltung fertig sind, müssen Sie etwas schwarzes Klebeband um die LDR und die weiße LED wickeln. Sie müssen sicherstellen, dass Sie sie verbinden. Dadurch wird das Umgebungslicht im Raum blockiert. Alternativ können Sie die Schaltung in einem komplett dunklen Raum testen.
Wenn Sie die Taste für den Primärkreis (Eingangsschaltung) drücken, leuchtet die weiße LED auf. Dann leuchtet es ein Licht gegen den LDR, der die rote LED in der Ausgangsschaltung einschaltet. Das Licht der weißen LED funktioniert wie ein elektrisches Signal in einem Schalter. Dieses Projekt ist einfach genug, um das Innenleben eines Optokopplers zu veranschaulichen. Sie können es jedoch verbessern, indem Sie einen Infrarotstrahler zusammen mit einem Empfänger implementieren. Anstelle von sichtbarem Licht würde dieses Projekt Infrarotlicht verwenden.
Optokoppler-Anwendungen
Kleine Leiterplattenbestückung mit IC, Kondensator, Optokoppler und anderen Halbleitern
Jetzt, da wir verstehen, wie Optokoppler funktionieren, können wir jetzt untersuchen, wo wir sie anwenden können. Wir können Optokoppler als einfache lichtaktivierte Schalter verwenden. Welche elektronischen Geräte und Geräte würden jedoch am besten zu ihnen passen? Hier ist eine Liste, wo wir Optokoppler verwenden könnten:
Magnetsteuerungen
Motorsteuerungen
Glühlampen-Dimmer
Mikroprozessoren
Lampenvorschaltgeräte
AC-Erkennung
Spannungsisolierung
Elektromagnetischer Schalter
Mikrocontroller
Optokoppler Vorteile
Eine Reihe von Optokopplern
Warum sollten Sie Optokoppler anstelle von elektromechanischen Relais oder Schaltern verwenden? Hier sind nur einige der Vorteile:
Sie ermöglichen eine einseitige Übertragung elektrischer Signale
Optokoppler machen Ihre Projekte zuverlässiger, indem sie sie resistent gegen Störungen machen
Sie können die galvanische Trennung zwischen mehreren Stromkreisen erleichtern
Optokoppler können die Eingabe- und Ausgabeabschnitte Ihres Projekts trennen und so die Fehlerbehebung erleichtern
Sie reduzieren externe Ausgangssignale auf dem Eingangsabschnitt Ihrer Schaltung
Optokoppler ermöglichen es Ihnen, große Wechselstromkreise mit kleinen digitalen Signalen zu steuern
Ermöglicht die Übertragung eines analogen Signals zwischen zwei separaten Schaltkreisen
Sie ermöglichen es Ihnen, Hochspannungskomponenten mit Niederspannungsgeräten zu verbinden
Optokoppler können helfen, elektrisches Rauschen von Signalen zu reduzieren oder vollständig zu eliminieren
Ermöglicht das Entwerfen und Bauen elektronischer Geräte, die widerstandsfähiger gegen Stromversorgungsspitzen, Spannungsspitzen und Blitzeinschläge sind
Schlussfolgerung
Im obigen Text haben wir eine leicht verständliche und ausführliche Anleitung zu Optokopplern bereitgestellt. Wenn Sie diesen Abschnitt des Leitfadens erreicht haben, haben Sie ein tieferes Verständnis von Optokopplern. Dennoch hoffen wir, dass Sie diesen Leitfaden als hilfreich empfunden haben. Wie immer vielen Dank fürs Lesen.
