Der Hauptzweck der Verwendung eines Fotokopplers, auch Optokoppler oder Optoisolator genannt, in einem Stromkreis besteht darin, eine elektrische Isolierung zwischen zwei separaten Teilen des Stromkreises bereitzustellen. Es besteht aus einer Leuchtdiode (LED) auf der einen Seite und einer lichtempfindlichen Komponente wie einem Fototransistor oder einer Fotodiode auf der anderen Seite, die im selben Gehäuse gekapselt, aber elektrisch voneinander isoliert sind. Wenn ein elektrisches Signal an die LED-Seite (Eingangsseite) angelegt wird, sendet sie Licht aus. Das Licht aktiviert dann die lichtempfindliche Komponente auf der Ausgangsseite und überträgt so das Signal ohne direkte elektrische Verbindung. Diese Isolierung trägt dazu bei, Rauschen, Interferenzen und mögliche Schäden zwischen verschiedenen Teilen des Stromkreises zu verhindern, insbesondere bei Anwendungen, bei denen es Unterschiede im Erdpotential gibt oder bei denen aus Sicherheitsgründen eine elektrische Isolierung erforderlich ist.
Die Anwendung eines Fotokopplers erstreckt sich über verschiedene Bereiche wie Elektronik, Telekommunikation, industrielle Steuerung und medizinische Geräte. Eine häufige Anwendung ist die Verbindung von Niederspannungs-Steuersignalen (z. B. von Mikrocontrollern oder digitalen Schaltkreisen) mit Hochspannungs- oder Hochstromlasten (z. B. Relais, Motoren oder Leistungstransistoren). Durch die Verwendung eines Optokopplers kann das Steuersignal die Last sicher und zuverlässig aktivieren, ohne dass die Gefahr elektrischer Störungen oder Erdschleifen besteht. Optokoppler werden auch in Feedback-Steuerungssystemen verwendet, wo sie eine Isolierung zwischen den Sensorschaltkreisen und den Steuerschaltkreisen gewährleisten und so eine genaue Messung und Steuerung ohne Einführung von Rauschen oder Verzerrungen gewährleisten.
Ein Optokoppler oder Fotokoppler übernimmt die Funktion der Übertragung elektrischer Signale zwischen zwei isolierten Stromkreisen mithilfe von Licht. Wenn ein elektrisches Signal an die LED-Seite des Optokopplers angelegt wird, sendet dieser Licht aus, das die lichtempfindliche Komponente (z. B. einen Fototransistor oder eine Fotodiode) auf der Ausgangsseite aktiviert. Diese optische Kopplung ermöglicht die Übertragung von Signalen ohne direkte elektrische Verbindung und sorgt für eine galvanische Trennung zwischen den Eingangs- und Ausgangskreisen. Neben der Isolierung können Optokoppler auch für Signalverstärkung, Spannungspegelverschiebung und Rauschunterdrückung in Schaltkreisen sorgen, was sie zu vielseitigen Komponenten in der Elektronik und Telekommunikation macht.
Der Bedarf an einem Optokoppler ergibt sich in erster Linie aus der Anforderung, eine elektrische Isolierung zwischen verschiedenen Teilen eines Stromkreises oder zwischen verschiedenen Stromkreisen insgesamt sicherzustellen. Die elektrische Isolierung ist bei Anwendungen von entscheidender Bedeutung, bei denen Potenzialunterschiede im Erdpotenzial oder unterschiedliche Spannungspegel bestehen oder bei denen Störungen von einem Stromkreis den Betrieb eines anderen beeinträchtigen könnten. Optokoppler bieten eine sichere und zuverlässige Methode der Signalübertragung, indem sie Licht zur Übertragung von Signalen verwenden. Dadurch werden elektrische Störungen verhindert, elektromagnetische Störungen (EMI) reduziert und empfindliche Komponenten vor möglichen Schäden durch Spannungsspitzen oder Überspannungen geschützt.
Der Hauptunterschied zwischen einem Relais und einem Optokoppler liegt in ihren Funktionsprinzipien und Anwendungen. Ein Relais ist ein elektromechanischer Schalter, der einen Elektromagneten verwendet, um Kontakte als Reaktion auf ein elektrisches Signal mechanisch zu öffnen oder zu schließen. Es dient zur Steuerung von Hochleistungs- oder Hochspannungskreisen mit einem Steuersignal mit geringer Leistung. Relais sorgen für eine elektrische Isolierung zwischen dem Steuerkreis und dem Lastkreis, jedoch über mechanische Kontakte, was zu Einschränkungen wie mechanischem Verschleiß, langsameren Schaltgeschwindigkeiten und Anfälligkeit für elektrisches Rauschen führen kann.
Andererseits verwendet ein Fotokoppler (oder Optokoppler) Licht, um Signale zwischen isolierten Schaltkreisen zu übertragen. Es besteht aus einer LED auf der Eingangsseite, die Licht aussendet, wenn sie durch ein elektrisches Signal aktiviert wird, und einer lichtempfindlichen Komponente (z. B. einem Fototransistor oder einer Fotodiode) auf der Ausgangsseite, die dieses Licht erkennt und ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Optokoppler sorgen für eine elektrische Isolierung ohne den Einsatz mechanischer Kontakte und bieten im Vergleich zu Relais Vorteile wie schnellere Reaktionszeiten, geringere elektromagnetische Störungen, höhere Zuverlässigkeit und eine längere Lebensdauer. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, die eine schnelle Signalübertragung, Störfestigkeit und Schutz vor Spannungsspitzen erfordern.