Optokoppler: seine Typen und verschiedene Anwendungen in Gleichstrom- / Wechselstromkreisen

Der Optokoppler ist eine elektronische Komponente, die elektrische Signale zwischen zwei isolierten Schaltkreisen überträgt. Optokoppler auch Optokoppler, Fotokoppler oder optischer Isolator genannt.

In Schaltkreisen, insbesondere in Niederspannungs- oder hochrauschempfindlichen Schaltkreisen, wird der Optokoppler häufig verwendet, um Schaltkreise zu isolieren, um elektrische Kollisionsgefahren zu verhindern oder unerwünschte Geräusche auszuschließen. Auf dem gegenwärtigen kommerziellen Markt können wir Optokoppler mit einem Eingang von 10 kV bis 20 kV kaufen, um der Spannungskapazität mit einer Spezifikation von 25 kV / US-Spannungstransienten standzuhalten.

Interne Struktur des Optokopplers

Dies ist die interne Struktur des Optokopplers. Auf der linken Seite sind Pin 1 und Pin 2 freigelegt, es handelt sich um eine LED (Light Emitting Diode), die LED sendet Infrarotlicht an den lichtempfindlichen Transistorauf der rechten Seite. Der Fototransistor schaltet die Ausgangsschaltung durch seinen Kollektor und Emitter, genau wie typische BJT-Transistoren. Die Intensität der LED steuert direkt den Fototransistor. Da die LED durch eine andere Schaltung gesteuert werden kann und der Fototransistor unterschiedliche Schaltungen steuern kann, können zwei unabhängige Schaltungen durch einen Optokoppler gesteuert werden. Zwischen dem Fototransistor und der Infrarot-LED besteht der Raum aus transparentem und nicht leitendem Material. Es trennt zwei verschiedene Stromkreise elektrisch. Der ausgehöhlte Raum zwischen LED und Fototransistor kann unter Verwendung von Glas, Luft oder einem transparenten Kunststoff hergestellt werden. Die elektrische Isolation ist viel höher, typischerweise 10 kV oder höher.

Arten von Optokopplern

Es gibt viele verschiedene Arten von Optokopplern, die je nach Bedarf und Schaltmöglichkeiten im Handel erhältlich sind. Je nach Verwendung stehen hauptsächlich vier Arten von Optokopplern zur Verfügung.

1. Optokoppler, die Fototransistor verwenden.
2. Optokoppler, die Photo Darlington Transistor verwenden.
3. Optokoppler, die Photo TRIAC verwenden.
4. Optokoppler, die Photo SCR verwenden.

Fototransistor-Optokoppler

Im oberen Bild ist der interne Aufbau in einem Fototransistor-Optokoppler dargestellt. Der Transistortyp kann alles sein, ob PNP oder NPN.

Der Fototransistor kann je nach Verfügbarkeit des Ausgangspins in zwei Arten unterteilt werden. Auf dem zweiten Bild links befindet sich ein zusätzlicher Pin-Out, der intern mit der Basis des Transistors verbunden ist. Dieser Pin 6 dient zur Steuerung der Empfindlichkeit des Fototransistors. Oft wird der Pin verwendet, um über einen hochwertigen Widerstand mit Masse oder Minus zu verbinden. In dieser Konfiguration kann eine falsche Auslösung aufgrund von Rauschen oder elektrischen Transienten effektiv gesteuert werden.

Vor der Verwendung eines Optokopplers auf Fototransistorbasis muss der Benutzer die maximale Nennleistung des Transistors kennen. PC816, PC817, LTV817, K847PH sind nur wenige weit verbreitete Optokoppler auf Fototransistorbasis. Foto - Transistorbasierter Optokoppler wird bei der Gleichstromkreisisolation verwendet.

Photo-Darlington-Transistor-Optokoppler

Im oberen Bild gibt es zwei Arten von Symbolen. Der interne Aufbau eines Optokopplers auf Photo-Darlington- Basis ist dargestellt.

Der Darlington-Transistor besteht aus zwei Transistorpaaren, wobei ein Transistor die andere Transistorbasis steuert. In dieser Konfiguration bietet der Darlington-Transistor eine hohe Verstärkungsfähigkeit. Wie üblich sendet die LED eine Infrarot-LED aus und steuert die Basis des Paartransistors.

Diese Art von Optokoppler wird auch im Gleichstrombereich für die Isolierung verwendet. Der 6. Pin, der intern mit der Basis des Transistors verbunden ist, dient zur Steuerung der Empfindlichkeit des Transistors, wie zuvor in der Beschreibung des Fototransistors erläutert. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 sind nur einige Beispiele für Optokoppler auf Foto-Darlington-Basis.

Photo-TRIAC Optokoppler

Im oberen Bild ist der interne Aufbau oder der TRIAC- basierte Optokoppler dargestellt.

TRIAC wird hauptsächlich dort eingesetzt, wo eine AC-basierte Steuerung oder Umschaltung erforderlich ist. Die LED kann mit DC gesteuert werden, und die TRIAC kann mit AC gesteuert werden. Optokoppler bieten auch in diesem Fall eine hervorragende Isolation. Hier ist eine Triac-Anwendung. Die Beispiele für Photo-TRIAC-basierte Optokoppler sind IL420 , 4N35 usw. sind Beispiele für TRIAC-basierte Optokoppler.

Photo-SCR-basierter Optokoppler

SCR steht für Silicon Controlled Gleichrichter, SCR auch als Thyristor bezeichnet. Im oberen Bild ist der interne Aufbau eines Photo-SCR-basierten Optokopplers dargestellt. Wie bei anderen Optokopplern sendet die LED Infrarot aus. Der SCR wird durch die Intensität der LED gesteuert. Photo-SCR-basierter Optokoppler, der in Wechselstromschaltungen verwendet wird. Erfahren Sie hier mehr über Thyristor.

Einige Beispiele für Photo-SCR-basierte Optokoppler sind: - MOC3071, IL400, MOC3072 usw.

Anwendungen des Optokopplers

Wie bereits erwähnt, werden nur wenige Optokoppler in Gleichstromkreisen und wenige Optokoppler in AC-bezogenen Operationen verwendet. Da der Optokoppler keine direkte elektrische Verbindung zwischen zwei Seiten zulässt, besteht die Hauptanwendung des Optokopplers darin, zwei Stromkreise zu isolieren.

Beim Schalten einer anderen Anwendung kann der Optokoppler verwendet werden, genau wie bei einem Transistor zum Schalten einer Anwendung. Es kann in verschiedenen Operationen im Zusammenhang mit Mikrocontrollern verwendet werden, bei denen digitale Impulse oder analoge Informationen, die von einer Hochspannungsschaltung benötigt werden, verwendet werden können. Der Optokoppler kann für eine hervorragende Isolation zwischen diesen beiden verwendet werden.

Der Optokoppler kann zur AC-Erkennung und zur DC-Steuerung verwendet werden. Sehen wir uns einige Anwendungen von Optotransistoren an.

Optokoppler zum Schalten des Gleichstromkreises:

In der oberen Schaltung wird eine Fototransistor-basierte Optokopplerschaltung verwendet. Es wirkt wie ein typischer Transistorschalter. In dem Schema wird ein kostengünstiger Optokoppler PC817 auf Fototransistorbasis verwendet. Die Infrarot-LED wird vom S1-Schalter gesteuert. Wenn der Schalter eingeschaltet ist, versorgt die 9-V-Batteriequelle die LED über den Strombegrenzungswiderstand 10k mit Strom. Die Intensität wird über den Widerstand R1 gesteuert. Wenn wir den Wert ändern und den Widerstand verringern, ist die Intensität der LED hoch, wodurch die Transistorverstärkung hoch wird.

Auf der anderen Seite ist der Transistor ein Fototransistor, der von der internen Infrarot- LED gesteuert wird. Wenn die LED Infrarotlicht aussendet, berührt der Fototransistor und der VOUT ist 0 und schaltet die über ihn angeschlossene Last aus. Es ist zu beachten, dass der Kollektorstrom des Transistors gemäß Datenblatt 50 mA beträgt. Der R2 liefert den VOUT 5v. Der R2 ist ein Pull-up-Widerstand.

Sie können das Schalten einer LED mit einem Optokoppler im folgenden Video sehen…

In dieser Konfiguration kann der auf Fototransistoren basierende Optokoppler mit dem Mikrocontroller zum Erfassen von Impulsen oder Interrupts verwendet werden.

Optokoppler zur Erkennung von Wechselspannung:

Hier ist eine andere Schaltung gezeigt, um die Wechselspannung zu erfassen. Die Infrarot-LED wird mit zwei 100k-Widerständen gesteuert. Die zwei 100k-Widerstände, die anstelle eines 200k-Widerstands verwendet werden, dienen der zusätzlichen Sicherheit für kurzschlussbedingte Zustände. Die LED wird über die Steckdose (L) und die Neutralleitung (N) angeschlossen. Wenn der S1 gedrückt wird, startet die LED Infrarotlicht. Der Fototransistor gibt eine Antwort und wandelt den VOUT von 5 V auf 0 V um.

In dieser Konfiguration kann der Optokoppler über einen Niederspannungskreis wie eine Mikrocontrollereinheit angeschlossen werden, wo die Wechselspannungserfassung erforderlich ist. Der Ausgang erzeugt einen quadratischen High- bis Low-Impuls.

Ab sofort wird der erste Stromkreis zum Steuern oder Schalten des Gleichstromkreises verwendet und der zweite dient zum Erfassen des Wechselstromkreises und zum Steuern oder Schalten des Gleichstromkreises. Als nächstes sehen wir die Steuerung des Wechselstromkreises unter Verwendung eines Gleichstromkreises.

Optokoppler zur Steuerung des Wechselstromkreises mit Gleichspannung:

Im oberen Stromkreis Die LED wird erneut von einer 9-V-Batterie über einen 10-k-Widerstand und den Zustand des Schalters gesteuert. Auf der anderen Seite wird ein Photo-TRIAC-basierter Optokoppler verwendet, der die AC-LAMPE über die 220-V-AC-Steckdose steuert. Der 68R-Widerstand dient zur Steuerung des BT136 TRIAC, der vom Photo-TRIAC in der Optokopplereinheit gesteuert wird.

Diese Art der Konfiguration wird verwendet, um Elektrogeräte unter Verwendung von Niederspannungsschaltungen zu steuern. Der IL420 wird im oberen Schaltplan verwendet, bei dem es sich um einen Photo-TRIAC-basierten Optokoppler handelt.

Anders als diese Art von Schaltung kann ein Optokoppler in SMPS verwendet werden, um sekundärseitige Kurzschluss- oder Überstromzustandsinformationen an die primäre Seite zu senden.

Wenn Sie den Optokoppler-IC in Aktion sehen möchten, überprüfen Sie die folgenden Schaltkreise:

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