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Definition

Optokoppler

Ein Optokoppler oder Optoisolator ist ein Halbleiterbauteil. Es verwendet einen kurzen optischen Übertragungsweg, um ein elektrisches Signal zwischen Schaltungen oder Elementen einer Schaltung zu übertragen. Elektrisch sind die beiden allerdings voneinander isoliert (galvanisch getrennt). Solche Komponenten finden häufig Einsatz bei Kommunikations-, Kontroll- und Monitoring-Systemen. So wird vermieden, dass elektrische Hochspannung ein System mit niedrigerer Leistung beeinträchtigt.

In seiner einfachsten Form besteht ein Optokoppler für die Signalübertragung aus einer LED (Light-Emitting Diode), IRED (Infrared-Emitting Diode) oder eine Laser-Diode und einem Fotosensor oder Fototransistor für den Empfang. Ein Optokoppler funktioniert, indem an die LED eine elektrische Spannung angelegt und somit (Infrarot-)Licht erzeugt wird. Das Licht wandert über einen transparenten Spalt im Optokoppler und wird vom Empfänger aufgenommen, der das modulierte oder Infrarotlicht wieder in ein elektrisches Signal umwandelt.

Elektronische Geräte sowie Signal- und Stromübertragungsleitungen unterliegen Spannungsspitzen durch Hochfrequenzübertragungen, Blitzeinschläge und Spitzen in der Stromversorgung. Um Störungen zu vermeiden, bieten Optoisolatoren eine sichere Schnittstelle zwischen Hochspannungskomponenten und Niederspannungsgeräten.

Prinzipieller Aufbau eines Optokopplers.Abbildung 1: Prinzipieller Aufbau eines Optokopplers.

Der Optoisolator ist in einem einzigen Bauteil untergebracht und wirkt wie eine integrierte Schaltung (IC) oder ein Transistor mit zusätzlichen Leitungen. Optokoppler können verwendet werden, um Schwachstromkreise von Schaltungen höherer Leistung zu trennen und elektrische Störungen aus Signalen zu entfernen.

Die Trennung einer beliebigen Datenrate von mehr als 1 MBit/s gilt als hohe Geschwindigkeit. Die gebräuchlichste für digitale und analoge Optoisolatoren verfügbare Geschwindigkeit ist 1 MBit/s, obwohl auch 10 MBit/s und 15 MBit/s an digitale Geschwindigkeiten verfügbar sind. Optoisolatoren gelten für viele moderne digitale Anwendungen allerdings als zu langsam, aber Forscher haben seit den 90er Jahren Alternativen gefunden.

In der Kommunikationstechnik werden Hochgeschwindigkeitsoptokoppler in der Stromversorgung für Server und Telekommunikation verwendet. Ein Beispiel dafür ist Power over Ethernet (PoE) bei Ethernet-Netzwerken. Optokoppler-Komponenten können außerdem Schaltungen und Netzwerk vor Überspannung schützen. In VoIP-Telefonen können elektrische Signale über einen Transistorausgangs-Optokoppler isoliert werden.

Herkömmliche Modems werden eigentlich nicht mehr länger eingesetzt. Durch den Einsatz eines Oktokopplers war es einem Computer aber möglich, mit einer Telefonleitung verbunden und gleichzeitig nicht den Risiken einer elektrischen Überspannung ausgesetzt zu sein. In diesem Fall werden in der analogen Sektion des Geräts zwei Optokoppler eingesetzt. Der eine ist für die Upstream- und der andere für die Downstream-Signale zuständig. Sollte auf der Telefonleitung eine Überspannung anliegen, dann ist der Computer davon nicht betroffen. Die optische Lücke überträgt keine elektrische Spannung.

Modems sind heute nicht mehr üblich. Hier ermöglichte der Einsatz von Optokopplern den Anschluss eines Computers an eine Telefonleitung, ohne dass die Gefahr von Schäden durch Überspannungen oder Spitzen bestand. In diesem Fall werden im analogen Teil des Gerätes zwei Optokoppler eingesetzt: einer für Upstream-Signale und einer für Downstream-Signale. Tritt eine Überspannung auf der Telefonleitung auf, ist der Computer nicht betroffen, da der optische Spalt keinen elektrischen Strom leitet.

 

Diese Definition wurde zuletzt im November 2019 aktualisiert

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