Grundlegendes

Mit einem Optokoppler kann man ein Signal galvanisch getrennt – also elektrisch isoliert – zwischen zwei Stromkreisen übertragen. Die Übertragung erfolgt dabei mithilfe von Infrarotlicht. Man kann sich das ungefähr als eine Mischung aus einer Infrarot-Lichtschranke und einem Transistor vorstellen, wobei das Licht die Basis des Transistors ansteuert.

Optokoppler können verschiedene Gehäuseformen haben, in der Regel besitzen sie jedoch die typische IC-Form (siehe Bild links) mit 4 oder 6 Anschlussbeinchen. Jedoch werden immer nur 4 benötigt. Beim 6'er bleiben zwei ungenutzt, wobei am Rande bemerkt, nur einer davon tatsächlich keine Funktion hat. Praktisch betrachtet, gestaltet sich das Ganze so:

Ich beziehe mich hier mal auf den Optokoppler CNY17 [Datenblatt - Achtung: der CNY17 hat den Kollektor auf Pin 5 und den Emitter auf Pin 4, was Abweichend zum Standard-Schaltsymbol in Bild 1 und 2 ist]. Legt man, an der Diodenseite eine Plusspannung an die Anode [1] und Masse an die Kathode [2], so wird der Emitteranschluss [3] und der Kollektoranschluss [4] durchgeschaltet (niederohmig). Ein Optokoppler kann in der Regel nur sehr geringe Ströme schalten. Daher sollte man beim Ansteuern eines Relais gegebenenfalls einen Transistor als "Verstärker" dazwischen schalten (Bild 2). Desweiteren ist zu beachten, dass der Emitter [3] direkt oder über einen Verbraucher gegen Masse geschaltet wird und der Kollektor [4] direkt oder über einen Verbraucher gegen Plus. Dem Eingangssignal, welches die Infrarot-Diode speist, muss ein Vorwiderstand verpassen werden. Egal ob man nun ein Relais (Induktive Kapazität) direkt, oder über ein Transistor schaltet, so benötigt man zum Schutz der Elektronik eine Freilaufdiode (D1). Mehr zum Thema Freilaufdiode findet man hier.


Optokoppler können verschiedene Gehäuseformen haben, in der Regel besitzen sie jedoch die typische IC-Form (siehe Abbildung ganz oben) mit vier oder sechs Anschlussbeinchen. Benötigt werden jedoch immer nur vier. Bei der 6-Pin-Variante bleiben zwei Anschlüsse ungenutzt, wobei am Rande bemerkt nur einer davon tatsächlich keine Funktion hat. Praktisch betrachtet gestaltet sich das Ganze so:

Ich beziehe mich hier auf den Optokoppler CNY17 (Datenblatt). Achtung: Beim CNY17 liegt der Kollektor auf Pin 5 und der Emitter auf Pin 4, was vom Standard-Schaltsymbol in Bild 1 und 2 abweicht. Legt man an der Diodenseite Plusspannung an die Anode [1] und Masse an die Kathode [2], werden der Emitteranschluss [3] und der Kollektoranschluss [4] durchgeschaltet, also niederohmig. Ein Optokoppler kann in der Regel nur sehr geringe Ströme schalten. Daher sollte man beim Ansteuern eines Relais gegebenenfalls einen Transistor als „Verstärker“ dazwischenschalten (Bild 2). Außerdem ist zu beachten, dass der Emitter [3] direkt oder über einen Verbraucher gegen Masse geschaltet wird und der Kollektor [4] direkt oder über einen Verbraucher gegen Plus. Dem Eingangssignal, das die Infrarot-Diode speist, muss ein Vorwiderstand vorgeschaltet werden. Egal ob man nun ein Relais (induktive Last) direkt oder über einen Transistor schaltet, benötigt man zum Schutz der Elektronik eine Freilaufdiode (D1). Mehr zum Thema Freilaufdiode findet man hier.

Bild 1	Bild 2

   Vorwiderstand berechnen

Für die Auslegung des Vorwiderstands kann die gleiche Rechnung wie wie bei einer LED angewendet werden, wobei der Spannungsabfall bei 1,3 V und der Strom bei ~10 mA liegt. Angenommen die Netzspannung liegt bei 13,8 V, so berechnet sich der Widerstand gemäß Ohmschen Gesetz wie folgt:

Einen 1250 Ohm Widerstand gibt es nicht, der nächste Standardwert wäre hier 1,2 kOhm.
Der nächste Standardwert kann übrigens mit dem hier verlinktem Onlinetool ermittelt werden.

   Verbraucher Berechnen

Möchte man mit dem Ausgang direkt einen kleinen Verbraucher, zum Beispiel ein Kleinrelais, schalten, sollte man vorher sicherstellen, dass der Optokopplerausgang dadurch nicht überlastet wird. Bei einem 12-V-Relais mit einem Spulenwiderstand von 330 Ohm würde die Rechnung wie folgt aussehen:

Der CNY17 ist laut Datenblatt am Ausgang mit bis zu 60 mA belastbar, also wäre das noch ohne Verstärkung mittels Transistor in Ordnung. Dabei bitte die obligatorische Freilaufdiode nicht vergessen!

Kennt man vom Verbraucher nur die Leistung in Watt, dann sieht die Rechnung wie folgt aus. Im Beispiel eine 12-V-/5-W-Glühbirne:

Wir würden damit deutlich über dem Maximalwert von 60 mA des CNY17 liegen und ihn somit direkt zerstören. Hier empfiehlt sich der Einsatz einer Transistorschaltstufe - siehe Transistor als Schalter.