Optokoppler - Analogausgang
(5 339)Optokoppler sind eine Kombination aus einem optoelektronischen Element (Fototransistor) und einer lichtemittierenden Komponente (meistens LEDs). Sie werden zum Isolieren von Stromkreisen verwendet, üblicherweise in Steuerungen, wo sie Störungen des Betriebs digitaler Schaltkreise durch Ströme und Spannungsspitzen vermeiden, die beim Anschließen und Trennen größerer Lasten entstehen (z. B. induktiver Lasten wie elektromagnetische Relais.)
Parameter und Verwendung von Optokopplern mit Analogausgang
Die Funktionsweise des Optokopplers und seine Implementierung in die Schaltung ist einfach, da es auf die Bedienung der LED ankommt, während die Pins des Elements mit dem Emitter und dem Kollektor des Fototransistors verbunden sind. Der Strom der Basis hängt hier ab von der Intensität des Lichts, das auf die lichtempfindliche Struktur fällt, sodass die Funktionsweise der Komponente nicht binär, sondern analog ist. Dadurch kann der Designer die Grundprinzipien des Aufbaus elektronischer Schaltkreise anwenden. Daher weist der Optokoppler eine erhebliche Verstärkung auf und kann dabei helfen, Empfänger zu steuern, die zum Betrieb relativ hohe Ströme benötigen. Deswegen ist einer der Schlüsselparameter der Optokoppler der (eng. Current Transfer Ratio), also das Verhältnis des Stroms zwischen Eingang und Ausgang des Elements. Ausgewählte Komponentenmodelle verwenden die Darlington-Schaltung, die die Verstärkung des Optokopplers zusätzlich verbessert.
Zu den wichtigen Eigenschaften von Optokopplern gehört auch die Schaltgeschwindigkeit (Zeit), die die Verzögerung zwischen dem Anlegen der Spannung am optoelektrischen Eingang und dem Öffnen des Kanals zwischen dem Kollektoreingang und dem Emitter des Fototransistors bestimmt. Ebenso geben Komponentenhersteller auch eine Ausschaltzeit an. Diese Spezifikationselemente bestimmen, ob ein Element in einer bestimmten Anwendung funktionieren wird.
Optokoppler sind in vielen Gehäuseformaten erhältlich, sowohl für die Durchgangslochmontage (THT) als auch für die Oberflächenmontage (SMD), meist in für integrierte Schaltkreise typischen Gehäusen. Es sollte betont werden, dass sie in Mehrkanalversionen (2, 3 oder 4 voneinander getrennte Kanäle) verfügbar sind. Sie verfügen oft über eine separate Ausführung, die mit der Basis des Fototransistors kurzgeschlossen ist, was eine unabhängige Steuerung des Stromflusses am Ausgang, eine Feinabstimmung von Schaltkreisen usw. ermöglicht.
Anwendungen von Optokopplern
Wie bereits erwähnt, ist die Schaltungsisolation das wichtigste Merkmal von Optokopplern, das die meisten ihrer Anwendungen bestimmt. Auf diese Weise vermeiden sie potenzielle Schäden durch Welligkeit oder Spannungsspitzen. Damit sind sie auch ideal für Schaltungen, deren Aufgabe es ist, die Spannung zwischen Treiber und Empfänger proportional zu verändern. Diese Eigenschaft wird bei der Signalübertragung verwendet, z. B. in Steuerungssystemen im Bereich der Industrie- und Verbraucherautomatisierung, insbesondere bei der Steuerung des Betriebs von Motoren, Servomechanismen und Zylindern. Sie können auch zur Konvertierung von Logikpegeln verwendet werden. Da sie mit hoher Frequenz arbeiten können, werden sie häufig in Telekommunikationsgeräten eingesetzt, insbesondere in Situationen, in denen die Gefahr erheblicher Störungen der Übertragungsleitungen besteht. Eine solche Situation liegt beispielsweise in modernen, zentralisierten Maschinenparks vor, in deneneine Isolierung zwischen Kommunikationskreisen (RS-232, RS-485, PROFIBUS, PROFINET usw.) und Servern erforderlich ist, die für die Überwachung des Betriebs mehrerer Geräte verantwortlich sind. Eine ähnliche Anwendung optoelektronischer Komponenten findet man in Ethernet-Netzwerken.
Isolierende (trennende) Eigenschaften ermöglichen den Einsatz von Optokopplern in Rückkopplungssystemen, in denen ein empfindlicher Schaltkreis, der mit einem A/D-Wandler ausgestattet ist, die Schaltkreise steuert, in denen es zu erheblichen Störungen kommen kann – z.B. auf den Leitungen von analogen Sensoren. Eine solche Funktion erfüllen sie z.B. in Netzteilen, wo sie die Leistung des Geräts durch ständige Überwachung von Spannung und Strom regeln lassen. Sie helfen auch bei der Erstellung von Schutzschaltungen im Bereich des Überstromschutzes, Kurzschlussschutzes usw.
Es sollte auch erwähnt werden, dass Optokoppler ein wichtiger Bestandteil vieler medizinischer Geräte sind: Vitalzeichenmonitore, EKG usw. Dabei ist die Trennung zwischen dem Stromnetz und den Elementen, die mit dem Patienten in Berührung kommen, besonders wichtig.
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