Analysing the Samsung DCB-9401R - Essay Marketplace

Analysing the Samsung DCB-9401R

Het voedingssysteem van een digitale kabelontvanger
(Samsung DCB-9401R)
Elektrische en Elektronische Bouwstenen – academiejaar 2016-2017
Abstract—In deze paper wordt de Samsung DCB-9401R digitale kabelontvanger opengeschroefd en geanalyseerd. De DCB-9401R dateert al uit 2005 en is dus verouderd. Vandaag de dag kan de digitale kabelontvanger beschouwd worden als de voorloper van de digicorder (van bijvoorbeeld Telenet of Proximus) die in de meeste huiskamers te vinden is. In het eerste deel van deze paper wordt er beschreven hoe de digitale kabelontvanger opengeschroefd moet worden zodat er geen of zo weinig mogelijk schade veroorzaakt wordt. In een volgend deel wordt het voedingssysteem ervan besproken.

I
I. INLEIDING
N deze paper verdiepen we ons in de analyse van een digitale kabelontvanger (1). Met de Samsung DCB – 9401R digitale kabelontvanger kan televisie in SD (standard definition) kwaliteit bekeken worden. Daarnaast beschikt het toestel over een Elektronische Programmagids (EPG) zodat de kijker altijd op de hoogte blijft van het huidige televisieaanbod. Ook beschikt deze ontvanger over meerdere aansluitingen waardoor er gemakkelijk een DVD-speler of -recorder aangesloten kan worden. Tot slot bevat het toestel een audio output waardoor er digitaal naar de radio kan geluisterd worden. De ontvanger bevat heel wat onderdelen die reeds aan bod kwamen in het opleidingsonderdeel ‘Elektrische en Elektronische Bouwstenen’ (2).

In paragraaf II bespreken we het openschroeven van het toestel. Vervolgens komt in paragraaf III de analyse van het voedingssysteem aan bod. Op het eind wordt er afgesloten met conclusies in paragraaf IV.
II. HET OPENSCHROEVEN VAN DE DIGITALE KABELONTVANGER
Figuur 1: De Samsung DCB-9401R digitale kabelontvanger
Een toestel moet tegenwoordig van de allernieuwste technologieën bevatten om bij de consumenten in de smaak te vallen. Daarom brengen producenten regelmatig nieuwe modellen op de markt. De functionaliteit is daarbij telkens
Figuur 2: Aansluitingen van de digitale kabelontvanger
lichtjes aangepast en verder zijn er verbeteringen aan het ontwerp doorgevoerd. In deze paragraaf wordt er een digitale kabelontvanger opengeschroefd en wordt er beschreven wat er allemaal in verwerkt zit. De open te schroeven digitale kabelontvanger is hier een Samsung DCB – 9401R digitale kabelontvanger (1) zoals hierboven staat afgebeeld in Figuur 1. Het is een ietwat verouderd model, maar toch kan er veel over worden verteld.
Het voorpaneel is zeer simpel en bestaat uit drie ledlampjes die links op het voorpaneel staan. Deze zijn afgeschermd met een zwart stuk glas, zoals aangeduid staat op figuur 1 met het nummer 1. Elk lampje heeft een andere kleur en functie. Wanneer het rode lampje brandt, wordt de set-top box (of STB) in de standby-stand gezet. Bij het groene lampje wordt de gebruiksstand geactiveerd. Als het gele brandt, treedt het apparaat in werking en worden de interne systemen gecontroleerd. Verder bestaat het voorpaneel uit een kaartgleuf voor de irdeto-kaart (zie nummer 2 op figuur 1). De functie van de irdeto-kaart wordt verder in het paper uitgelegd.

De handleiding van het toestel geeft ook schematisch de functie van elk van de aansluitingen weer. Dit schema is terug te vinden in Figuur 2. Volledig links op het achterpaneel staat de cable in-aansluiting. Hierop dient de coaxkabel van het kabelsysteem aangesloten te worden. Daarnaast staat de loop-aansluiting, hierop kan een analoge ontvanger op aangesloten worden. Via deze aansluiting kan er naar analoge kanalen gekeken worden terwijl het toestel op standby staat. Het toestel moet dus niet ingeschakeld zijn om naar analoge kanalen te kunnen kijken. Rechts van de loop zijn er twee SCART-aanluitingen aanwezig. Op de linkse SCART-aanluiting wordt de tv aangesloten (dit staat trouwens boven de aansluiting vermeld) terwijl de andere aansluiting dient om er een videorecorder of dvd-speler op aan te sluiten. Tot slot kan er nog een versterker of digitaal audiosysteem op aangesloten worden via een glasvezelkabel.
Het toestel werkt volledig op netstroom. Dit wil zeggen dat eens de voedingskabel uitgetrokken is, er kan gestart worden met het openschroeven van het toestel.

Figuur 3: De opengeschroefde digitale kabelontvanger

Dit gaat vrij makkelijk, het achterpaneel zit namelijk vastgeschroefd met slechts drie vijzen. Deze kunnen zonder problemen losgemaakt worden met behulp van een kruisschroevendraaier. Eens de vijzen uit het toestel gehaald zijn, kan eerst de bovenkant en nadien de voorkant van de digitale kabelontvanger verwijderd worden. Het bekomen resultaat is te zien in figuur 3. Wat meteen opvalt is dat de binnenkant vrij eenvoudig is opgebouwd en bestaat volledig uit een PCB (of Printed Circuit Bord). Op het PCB staat rechtsonder een kaarthouder, hier moet de irdeto-kaart in zodat de gebruiker toegang krijgt tot de digitale zenders. Het PCB zelf kan ook nog losgemaakt worden door simpelweg vier vijzen los te draaien en te verwijderen. Let er nu wel op dat de verschillende vijzen niet door elkaar raken, zodat het toestel nadien weer in elkaar gemonteerd kan worden. Dit kan voorkomen worden door de vijzen bijvoorbeeld te markeren.
Andere belangrijke onderdelen komen verder in deze paper aan bod.
III. ANALYSE VAN HET VOEDINGSSYSTEEM
Het hart van het voedingssysteem is het IC met de volgende tekst: ICE 2B0565 (3). De in- en uitgangen van deze IC in SMPS technologie worden voorgesteld in figuur 4. Het blokschema is weergegeven in Figuur 5.
Figuur 4: in- en uitgangen van de ICE 2B0565
Het voornaamste onderdeel van deze IC is de protection unit. Een auto restart mode die een overbelasting, open kring en overspanning detecteert is geïntegreerd binnen de protection unit. Deze drie modi zijn vergrendeld door een Error-Latch. Een extra thermische shutdown is vergrendeld door de Error-Latch. In het geval van deze modi is de Error-Latch geactiveerd na een responstijd van 5μs en de CoolMOSTM wordt afgesloten. Deze respons voorkomt de Error-latch van storingen, veroorzaakt door pieken tijdens de werkingsmode. In figuur 6 wordt de auto restart mode toegelicht door middel van enkele grafieken.
Figuur 5: Blokschema van de ICE 2B0565
Figuur 6: auto restart mode
SoftS (Soft Start & Auto Restart Control), deze pin combineert de functie van soft start bij het opstarten en auto restart mode en het controleren van de auto restart mode in het geval van een foutdetectie.

FB (Feedback), de informatie over de verordening wordt verzorgd door de FB-Pin aan de interne beschermingseenheid en aan de interne PWM-Comparator om de duty cirle te controleren.

ISense (Current Sense), de current sense-pin neemt de spanning weer die ontwikkeld wordt over de serieweerstanden, die ingevoegd zijn in de bron van de geïntegreerde CoolMOSTM. Wanneer Isense de interne grens van de Current Limit Comparator bereikt, wordt de output van het stuurprogramma uitgeschakeld. Dit betekent dat de Over Current Detection gerealiseerd is. De actuele informatie is bovendien voorzien voor de PWM-Comparator om de Current mode te realiseren.

Drain (afvoer van geïntegreerde CoolMOSTM),
Pin Drain is de verbinding met de afvoer van de interne CoolMOSTM. VCC (Power supply) deze pin is de positieve toevoer van het IC. Het meetbereik is tussen 8.5V en 21V. Als overspanningsbeveiliging wordt het stuurprogramma uitgeschakeld zodra de spanning hoger is dan 16.5V tijdens de Start Up fase.

GND (Aarding) deze pin is de aarding van de primaire kant van de SMPS.
Naast het IC zijn er nog tal van andere interessante componenten aanwezig in het voedingscircuit van de Samsung DCB-9401R (4). Zo zorgt de gelijkrichter, links bovenaan in figuur 5, ervoor dat de wisselspanning van het publieke elektriciteitsnetwerk omgezet wordt in gelijkspanning. Na het gelijkrichten van de wisselspanning wordt afvlakking toegepast door middel van een afvlakcondensator (5). Deze condensator kan gezien worden als een soort van opslagreservoir. Wanneer de spanning stijgt, zal de condensator de energie van de bron opslaan en weer vrijgeven aan de belasting wanneer de spanning daalt. Op deze manier wordt de rimpel verkleind. De uiteindelijke grootte van de rimpel hangt af van de capaciteit van de condensator, de bron en de belasting. De afvlakcondensatoren zijn op figuur 3 te zien als de grote zwarte cilinder en de kleinere cilinders links onderaan.

Verder bevat het voedingscircuit een smeltveiligheid. Een smeltveiligheid of smeltzekering bestaat uit een elektrisch geleidende band of draad van koper, zilver of van een koperlegering, meestal in een gesloten huis van keramiek (steatiet) of voor kleine zekeringen glas of kunststof vaak gevuld met een blusmiddel (zand). Eventueel is de zekering voorzien van een druppeltje lood en/of tin op het midden van de smeltdraad voor het vertraagd onderbreken. Deze uitvoering wordt een trage zekering genoemd. Wanneer er door kortsluiting of overbelasting een te hoge stroom loopt, smelt de smeltdraad van de veiligheid en wordt daardoor de stroomkring onderbroken. Hierdoor wordt schade (door warmteontwikkeling) aan de bedrading en elders in het elektrisch circuit voorkomen. Zonder deze veiligheid kan zelfs brand ontstaan. Omdat de kortsluitstroom met één en dezelfde stroomsterkte vanaf de spanningsbron door de kortsluiting vaak via diverse zekeringen stroomt, is het van belang dat de zekering die het dichtst bij de kortsluiting is, doorsmelt. In het toestel is één smeltzekering aanwezig van 1,6A.
Op figuur 5 staan er een zevental weerstanden afgebeeld die buiten het IC opgesteld zijn. Zo’n weerstand is verpakt als een kleine component en zo ontworpen om in een schakeling een bepaalde hoeveelheid tegenstand te bieden aan de stroom die erdoor loopt. Hier op het PCB zijn het koolstoffilmweerstanden. Deze zijn gemaakt van een laagje koolstof samen met een isolerend materiaal en verpakt in een kleine cilinder zoals te zien is op figuur 7. De verhouding van koolstof en het isolerend materiaal bepaalt de waarde van de weerstand. Deze waarde is weergegeven op de weerstand door middel van een kleurcode. Deze code bestaat meestal uit vier gekleurde streepjes, waarvan de eerste drie de weerstandswaarde weergeven en de laatste de tolerantie ervan. Van deze eerste drie gekleurde streepjes geven de eerste twee de getalwaarde weer terwijl de derde de exponent weergeeft. Omdat de weerstand omgedraaid kan worden en zo dus ook de volgorde van de streepjes, is het eerste gekleurde streepje altijd het dichtste bij de rand geplaatst en de laatste helemaal niet.

Figuur 7: Basiscomponent weerstand
Via tabellen of een applet (6) kan de waarde van de weerstand bepaald worden door deze kleurcode. De grootste weerstandwaarde bedraagt 270 k  5% en heeft als kleurcode rood – violet – geel – goud, de kleinste waarde bedraagt 16 k  5% en heeft als kleurcode bruin – blauw – oranje – goud.
Naast het IC is de optocoupler (7) een interessante component. Een optocoupler is een kleine geïntegreerde schakeling waarin zich een led en een lichtgevoelige transistor bevinden. Door een bepaalde spanning aan de klemmen van de led te leggen zal de transistor in geleiding gaan. Hierdoor kan een signaal in de ene schakeling worden overgedragen op een andere schakeling zonder dat deze schakelingen elektrisch met elkaar verbonden zijn, wat uit veiligheidsoverwegingen in veel apparatuur een vereiste is. Deze toepassing is vaak terug te vinden in medische apparatuur. Dit zorgt dus voor een galvanische scheiding die gemakkelijk toe te passen is in kleine elektronische schakelingen. Aan het symbool op figuur 5 rechts onderaan te zien, kan het soort optocoupler onderscheiden worden. Hier is dit een optoïsolator. Het beoogde effect van de optoïsolator is hetzelfde als van een relais, want ook bij deze configuratie is de output elektrisch geïsoleerd van de input. De diode kan gezien worden als de zender en de fototransistor bijgevolg als ontvanger. De diode zet het elektronisch signaal om in licht en de transistor voert de omgekeerde bewerking uit.

Vermits er in de huidige maatschappij continu verstorende signalen aanwezig zijn, is het dus noodschakelijk dat er een filter of stabilisator aanwezig moet zijn om deze signalen te verzwakken of zelfs helemaal te neutraliseren. Hierbij kan er gekozen worden tussen twee verschillende componenten, nl. condensatoren of spoelen. Beiden kunnen gelijkaardig dienst doen en daarbij volgen ze soortgelijke regels. Daarom wordt er wel eens gezegd dat spoelen en condensatoren familie zijn. Toch is er echter een verschil, waar condensatoren zich verzetten tegen spanningsverschillen, doen spoelen dat voor wijzigingen in stroom. Een spoel legt dus de relatie tussen magnetisme en elektrische stroom, doordat die zijn energie opslaat in het magnetische veld.

Omdat Samsung geopteerd heeft om spoelen te gebruiken, zie figuur 3 links bovenaan, zal er daar nu wat dieper op ingegaan worden zodat de functie van de spoel duidelijk wordt. Een spoel, zoals is weergegeven in figuur 8, is eigenlijk een elektromagneet waar het magnetische veld opgewekt wordt zodra er een (wissel)stroom loopt, in tegenstelling tot permanente magneten waar het magnetische veld continu wordt onderhouden. Dat magnetische veld dat wordt opgewekt door zo’n elektrische stroom via een elektriciteitsdraad, is meetbaar maar zeer klein. Als deze draad echter verschillende keren rond een kern gewikkeld wordt, wordt het overeenkomstig magnetische veld veel groter. De grootte hangt af van het aantal wikkelingen, de stroom en het gebruikte materiaal voor de draad en kern. Vaak wordt er in de praktijk gekozen voor koperen draden en een cilindervormige ijzeren kern. Een tweede functie van de spoel is het verzet tegen veranderingen van stroom. Hoe dit in zijn werk gaat wordt hieronder uitgelegd.

Figuur 8: basiscomponent spoel (8)
Een spanning aangelegd aan de spoel veroorzaakt een stroom, dat op zijn beurt een magnetisch veld opwekt. Dat magnetische veld creëert dan weer extra spanning. Dit gaat alleen wanneer de stroom door de wikkelingen verandert, omdat alleen een veranderend magnetisch veld een spanning induceert. Hoe sneller het verandert, hoe meer spanning er bijkomend opgewekt kan worden. De polariteit van de geïnduceerde spanning hangt af van de toename of afname van de stroom. Als de stroom toeneemt, is de polariteit van de geïnduceerde spanning tegengesteld aan de aangelegde spanning. Als de stroom daarentegen afneemt, is de polariteit van de geïnduceerde spanning identiek aan de aangelegde spanning. Deze geïnduceerde spanning creëert op zijn beurt dan weer een stroom in de spoel. Als de stroom in de spoel toeneemt, werkt de bijkomende stroom tegen, zodat de toename vertraagd wordt. Als de stroom in de spoel afneemt, stroomt de bijkomende stroom in dezelfde richting en werkt op die manier de afname tegen. Juist daarom wordt er gezegd dat een spoel zich verzet tegen veranderingen van stroom (2).

De laatste en tot slot de meest voor de hand liggende toepassing waarin spoelen gebruikt worden, is natuurlijk in transformatoren (9). Een transformator bestaat uit twee spoelen, nl. een primaire en een secundaire spoel. Waarbij de primaire spoel is aangesloten op het publieke elektriciteitsnetwerk en de secundaire spoel op het toestel. De spanning verandert als volgt: wanneer het aantal windingen van de secundaire spoel kleiner is dan dat van de primaire spoel, is de spanning daar ook lager. Door elke winding van de primaire spoel loopt dezelfde hoeveelheid stroom, zodat elke winding evenveel bijdraagt aan het magnetische veld. Hoe meer windingen, des te sterker is het magnetische veld. In de secundaire spoel wordt de energie van dat veld ‘verdeeld’ over minder windingen, zodat er in elke winding juist méér stroom opgewekt kan worden dan in een winding van de primaire spoel. Tegelijkertijd kost het voor een elektron minder moeite om door de spoel heen te bewegen, zodat de spanning daalt (2).

IV. CONCLUSIE
In deze paper is het voedingssysteem van een Samsung DCB-9401R digitale kabelonvanger volledig geanalyseerd. Eerst zijn de aansluitingen beschreven en is er beschreven hoe het toestel opengeschroefd werd, zodat alle componenten zichtbaar werden. Verder is het IC beschreven en alle componenten zijn toegelicht.
REFERENTIES
(1). Samsung DCB-9401R, geraadpleegd op 10 april 2017 via https://www.gebruikershandleiding.com/Samsung-DCB-9401R/preview-handleiding-6128.html
(2). J. Verhaevert, “Elektrische en elektronische bouwstenen”, Syllabus Iniversiteit Gent, 2017.
(3). ICE2B0565 Datasheet(PDF) – Infineon Technologies AG, geraadpleegd op 11 april 2017 http://html.alldatasheet.com/html-pdf/99581/INFINEON/ICE2B0565/323/1/ICE2B0565.html

(4). Schakelende voeding, geraadpleegd op 11 april 2017 via https://nl.wikipedia.org/wiki/Schakelende_voeding

(5). Afvlakking, geraadpleegd op 11 april 2017 via https://nl.wikipedia.org/wiki/Afvlakking

(6). Weerstand kleuren calculator, geraaspleegd op 12 april 2017 via https://www.tweaking4all.nl/hardware/weerstand-kleuren-calculator/

(7). Octocoupler, geraadpleegd op 12 april 2017 via https://nl.wikipedia.org/wiki/Optocoupler

(8). DPO-3.0-100 TALEMA, geraadpleegd op 13 april 2017 via http://static3.tme.eu/products_pics/f/f/0/ff00c02408086a35c9a62ed8c0dadabe/18418.jpg

(9). De werking van een transformator, geraadpleegd op 16 april 2017 via http://www.sciencespace.nl/technologie/artikelen/4280/de-werking-van-de-transformator

Review this essay:

Name
Rating
Your review: (optional)

Latest reviews:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.