慢工细活出精品--声音空灵通透的OPA541AM功放

丹麦王子

高难度制作，图片太多，文章特长，要连载几天，慢慢来  

丹麦王子

                             慢工细活出精品--声音空灵通透的OPA541AM功放





早段时间和朋友吃饭，吃到一半邻座老徐和我说：“老高（其实我也没怎么老），

大家都说你搞DIY很有两下子，有空给我DIY个功放吧”说着在座位旁边拿了个沉甸甸的

袋子给我：“我随便在网上买了点零件，不过我可能买得不齐，漏买了什么东西应该也

不要紧，你那什么元件配件都有的嘛，呵呵。”做功放已经习以为常，有配件给我练手

当然更好了，当即满口答应下来，吃完饭就拎着这袋子回家了。



回家拿出袋子里面的东西看了看，有一个小的厚铝机箱，挺沉的，看面

板的英文是什么电瓶充电器之类，还有几张进口线路板，做工极漂亮的那种，补品不少，

什么威马,钽电容,家当电阻都有，还有两个金封的管子（各带一个小散热器），

凑过去看了一下，没有吧，居然是大名鼎鼎的OPA541AM大功率运放！？

这次可以玩玩坛子讨论已久的名品了(图见充电器外观/进口线路板)。




















这里先简单介绍一下OPA541大功率运放吧，它是著名音频公司BB
（BURR-BROWN）出品的单片式高电压、 大电流运算放大器，是一款具有
最高±40V电源供给能力和持续5A电流输出能力的功率运算放大器

(峰值可以达到10A)，用途广泛。OPA541输入级全部使用双极性场效应管组成，

内部集成电流限制电路可通过单一的外部电阻实现，以避免自身及负载工作在

非正常环境下。  OPA541提供11脚的塑料封装和8脚的TO-3金属封装以及多种后缀规
格（图见OPA541AM）。TO-3封装的金属外壳隔离了全部电路，所以它可以直接安装到散热
片上而无需特别的绝缘处理。





这几年在中国音响diy论坛经常看见有OPA系列大功率运放制作功放的制作帖，

讨论的非常热闹，我却没有做过这样的作品，这次有机会玩一下那也可以顺便增加

一下见识了（图见OPA541参数/OPA541内部结构/OPA541引脚图）。









再看老徐给的铝机箱，虽然不大，却是又厚又扎实，尺寸高9.5cm x 宽12.5cm x 深21cm

（连机脚和前面把手），用手提起来很坠手，不知道里面有什么内涵，当即用内六角扳手

拆开机箱两面的板，原来机箱上下是互扣的两块型材，把接插件拔掉后就可以

抽出机箱顶盖了，顶盖里面嵌着一张线路板，机箱底板有个进口环型变压器，

看样子倒不是太大，目测功率应该是刚刚超过一百瓦这样子，输出有六条引线，

老徐讲卖家说是双25v的变压器(图见充电器内部)。全铝型材外壳带变压器，

这样的机箱用来做个桌面功放那是再合适不过的了，机箱里面是特定的空间，

没什么合适的套件可以使用，看来又要发挥一下量身打造的DIY精神了。














把机箱拿在手上看了看，内部空间比较狭小，原来设计得很紧凑，不过
线路板镶嵌在卡槽里面的安装的方法可以照搬，那是可以做到的，心里正在赞叹

厂家精巧设计的时候，翻过来看了下屁股，不禁呆住了，机箱后面设有电源输入插座

和电源开关，还有电压切换开关和保险丝座，机箱里变压器顶到后背板都不说了，

后板还冲压了四个凸出来的通风槽，这下要晕死了，RCA输入插座和功放输出接线柱咋办，

根本没有地方安装啊。。。。。。

反反复复观摩了几天，都是在想这两个问题怎么解决，后来想到可以把

电压切换开关和保险丝座拆了，这样机箱后部勉强有点位置了，不过那

里有原来装个切换开关和保险丝的两个大孔，实在没办法找出放四个功

放老板接线柱的位置，能不能有什么替代品呢？隔天去我那零件仓库里

面漫无目的心不在焉的翻哪翻，突然眼前一亮，这东西不就是解决这问

题的完美选择吗……


接线柱有了解决方案，其他就不是问题了，现在可以按部就班的DIY制作 了。
首先把要用到的功放芯片OPA541AM拆出来，这么多脚的芯片，还是焊在 双面板上，
我的白菜白光电烙铁可无能为力，只有动用我的老古董150w 木柄大电烙铁了（图见150W大电烙铁），
先用小烙铁在焊针上堆锡（图见堆锡OPA541AM引脚），大电烙铁热了就全部烫一下引脚，

用不了几秒钟就把OPA541AM芯片拔下来了。













然后把充电器机箱里面不用的东西统统拆除，只留下变压器和电源接线部分（图见功放配件），















把后板中间的接地线换一个位置装好（功放的新线路板要在卡槽里

直接顶到后板，它正好挡住），然后把电源输入电压切换开关拆除，就是变压器初级绕组

不经过切换开关了，两个120v绕组间要短路的接线用JST冷压单粒圆环端子 P-1.25

套上压好，再套上热缩套管（图见处理变压器接线），机箱里面空间狭小，保险丝座

干脆就不用了，变压器直接接电源开关。






















电源切换开关和保险丝座拆除后，就空出后背板

的部分空间，然后去五金市场找线切割机器，后背板电源输入口和电源开关之间割了一个

长方形的开口，把难看的两个孔洞割掉的同时这就是功放输出接口的位置（图见机箱）。。






机箱割好了就可以做功放的主体结构了，先找来一张淘宝买的金色大洞
洞板，尺寸12厘米 x 18厘米，厚度2毫米，刚刚合适可以嵌入机箱的卡槽，

把板子夹到小台钳上，根据机箱尺寸要求用钢锯把侧边切掉一点（图见锯洞洞板），







这样板子就可以放进机箱顶盖的卡槽了。再根据电源座和开关的位置把板子后部锯两个缺口，

板子就成一个凸字的形状，这样板子就完全契合机箱里面的结构了（图见机箱顶板和洞洞板）。

机器面板原来有很多led指示灯座指示工作状态，我当然用不上了，不过有三个指示灯座

位置刚好和线路板卡槽持平，没办法，线路板边缘LED灯座的位置切掉一点，

使安上面板后LED灯座不顶到线路板。












原来计划一张主板把所有电路都装上，不过后来发现这样装机，装好机器以后，

前级放大器的位置就在变压器上面，不太理想，还是另想办法吧（见布局电源板）。

既然电位器要装在前面，干脆把前级放大器和电位器都装在一个竖着的板子上吧，

路径短而且干扰还更小。

丹麦王子

本文发表于无线电杂志2017.01，网上只在这里发表，请勿转载。

new1510

不错不错，写完一定是精品

lingq

看起来是个大工程了，功放原来的板子不用了？

华2317

541简单，声音好。

zwmfreeman

OPA541关注过,125W/10A,压摆率达10V/us。简单好声，不过我更喜欢pa04 pa05等

gengxi

关注制作，洞洞板确实拥有无限发挥的空间。

bb1861

唔错唔错,霸個位先

wfllsw0

图文并茂，内容丰富…不过目测这运放会涨…

丹麦王子

机器架构定好后就开始画线路图了（图见整机电路图），线路不太复杂，



前级/功放都用网上的简单线路，因为功放增益小，线路放大器的放大倍数设就大了些，

平常的前级+功放线路一般是前级5-10倍放大，功放20-30倍放大，因为OPA541AM的线
路增益只有几倍，所以前级的增益取二十多倍（后来经过试听后减了一半）。

功放部分电源采用简单的整流滤波电路，整流管用ON的快恢复二极管MUR420四枚，

运放电源使用简单的LM317/LM337提供，稳压芯片也用了ON厂的管子。



用这个厂的管子还有一个小故事，以前DIY买元件的时候满淘宝搜元件，

自在从书上知道LT317/LT337比LM系列性能更优异后就基本上没用过LM317了，

都在淘宝买LT的管子来用。一天无意和一个卖家说起，卖家是卖ON元件的，

他说他的LM317肯定好过我在其他买家那买的LT317,看卖家那一副满不在乎的样子，
难道他的LM317还真能好过我买的LT317？我还真不信邪，反正也不贵，

当即在他那买了一把的LM317/LM337，回来看那芯片封装和打字工艺也不是很漂亮，

散热器还是薄薄的，看来是上当了……




过几个月装机那会想起来这件事，既然买了，好歹也试试，试了也好死
心了，装机那会就没有用LT的芯片，全部用ON的LM317 LM337，装好开机
试听，不对呀，这ON的芯片装的机器，声音怎么比我以前用大名鼎鼎的
LT317 LT337捣弄出来的还要干净幼細？看来ON卖家没有说谎，估计不是
他的芯片特好，而是他判定我在淘宝买的LT芯片都是次货。

翻出我手里的LT芯片，仔细观察，不少芯片的LT商标印的好假，不过也
有些印的很好的，肉眼实在没法分辨，好在朋友的板子上有一对
LM317/LM337,LM337就是LT原厂的,拿芯片凑一块对比，就是印的很好的
LT芯片，那个商标和板子上的原厂货还是有点区别的，淘宝其他的更是打磨过和

接过脚的，难怪都说淘宝是假货的天下，实在是无语了，后来再买元件，基本
上都去RS网买了(图见元件对比，板上的是正品，长脚都是淘宝货)……










声讨淘宝也没什么意义，还是说干就干吧，先找出需要用到的元件，电
容以飞利浦为主，轴向/直立都有,电阻全部用RS买的DALE，元件挑出来
放一个托盘上（图见装机的部分元件），先用万用表逐个测试再挑选一下，有排带最好，

可以先记录参数再挑选，元件尽量精确配对是很有必要的。




















元件找齐全后，原计划装电位器的小板换一张，加高加大，利用面板原来的LED孔位置来伸出电位器柄，

洞洞板用转接针竖起来，先看电位器放在哪个位置，使电位器装好后它的柄刚刚好伸出

LED孔，比了一下，正面看只有最下的LED灯座刚刚合适。



定好电位器位置后拿一张白纸先画一个洞洞板元件接线图（图见前级板接线图），







先打一下草稿是应该的，不会电脑CAD设计的我，只有又运用人脑智能了。还好这前
级的线路不怎么复杂，在纸上先画好电位器的位置（电位器四联20k，用两联），

然后按线路的顺序以前级放大器芯片JRC4560D为中心安排一下外围元件，

用铅笔画好所有元件以后把需要连接的线路用线段连起来就行了，需要更改一下位置的
就擦掉重画，用铅笔画的原因自然就是为了方便修改。



画好洞洞板接线图再核对无误就可以插元件了，按照图里的位置把元件一
个个插到电位器洞洞板上，如有不对称不够美观的地方要调整一下元件位置，

电阻弯折引脚的时候要注意电阻数值位置要在顶部，因为插完元件以后还要一个个

用万用表检查后才可以制作搭棚引脚。调整好元件位置后再用万用表把洞洞板上面的

所有电容电阻的参数都再测一次，这不能够有任何差错，因为元件焊好就基本上

没法拆下来了。元件与线路图核对无误后就可以制作元件间引线了（图见前级板搭棚），






























基本上都是用原来元件的引脚直连，根据洞洞板接线图压好元件脚，使它紧贴线路板，

走线要横平竖直（可以走对角），再长的线，中间也尽量不弯曲，不然焊出来的
洞洞板看起来会不美观，一个焊孔有多条引线，也不能够叠在一起，必须剪到很合适的长度，

从各个角度刚刚好伸到焊盘中间，切割精度要以几分之一毫米来计算。




































前级板第一个要焊的就是电位器焊针之间的地线，这是难度最大的，铜
丝必须刚刚好嵌入电位器两个焊针之间，顶住两头不松动，这样焊接那会

跳线才不会跑动。所以就要把元件脚先剪到大致合适的长度，然后用尖嘴
钳夹好这短短的铜丝，另一只手用锉刀慢慢的把铜丝锉到合适的长度，
使铜丝能够镶嵌在电位器焊针之间为止（图见前级板焊接）。















































之所以搞的那么麻烦，是因为 焊接那会经常只有自己一个人焊，一个手焊另一手加锡，


跳线如果不顶紧两头，说不定晃一下就掉下来了。有时候家里没人帮压住元件，就是有人在，

儿子和老婆早已经给我搞得天怒人怨，不怎么高兴帮我焊线路了：

有空帮你你扶一下元件本来也没什么大不了，怎么还有猪那么多的要求 ，

电容有极性是要注意那也不说了，连什么电阻和引线也要分头尾，更离谱的是

还要讲究什么元件脚和电路板接触的力度和角度，做得不合我心意嘴里免不了

要唠唠叨叨，这是人干的活吗。。。。。。



闲话不说那么多了，压好前级板所有的元件脚接线后，还有一些长接线没有完成，

这些线就用进口铜线连起来，连完以后就先焊电位器的几根跳线

，焊好后逐根焊好所有元件脚和跳线，先焊接有过孔的引脚，长的接线 先隔一两个焊孔点一下锡，

一段一段的压紧使铜线紧贴线路板，过孔尽量两面焊接，这样焊出来比较美观，

焊完以后再把通路上的所有焊盘都 点上锡，长的接线还要拖一下锡，这样整条线路就顺畅又美观了。



做前级板的时候也在设计和布局电源主板，元件插来换去的调整了好几次位置（图见主电源板插元件/主电源板和前级板布局），






















位置最终定好后先装上整流管，引脚先不剪（图见安装二极管），预计用二极管的粗壮引脚直接当作插针，

]




变压器的交流线装上插头直接插在二极管管脚上，地线预计用6.35冷压接线端子插接，

这样主板拔掉电源和输入线之后，顶盖就可以独立抽出来，方便安装和检测(图见机箱和电源板)。





主板制作也和前级板一样，先放好所有元件

（电阻和轴向电容弯脚那会注意把数值位置朝上），ON的稳压芯片采用散热器朝上

的安装方法，这样芯片正面塑料部分可以紧贴线路板，焊好后很稳妥，如果用常规方法，

竖立是没有位置的，也要弯折引脚后使散热器与线路板平行，这样的话，芯片散热器

必须距离线路板有一厘米的距离，工作那会碰到机箱芯片可能会摇动，因为洞洞板走线，

通孔是两面都带电的，芯片散热器带电不能够贴近线路板。

主电源板元件布局完善对称也后画一张洞洞板接线图，看看是否需要调整走线和

用多少跳线，接线没问题后就把板上所有元件单独测试一遍，然后就可以根据接线图纸

来制作元件连接跳线了，尽量利用元件原来的引脚，不够长的地方用铜线补上，

这个过程有点像补衣服（图见电源板搭棚）。










电源主板元件间的连线都做好后就可以开始焊接了，元件过孔和铜丝转
弯处先焊，长线隔几个焊点点一下锡，务必一段段把元件脚或者铜丝压
紧在线路板上，喇叭输出的地线很长，用蓝色特富龙绝缘管套好，两头
压紧焊好，不能够弯曲又要贴紧线路板，做起来着实费了一番功夫（图见电源板焊接）。

丹麦王子

今天饭票没了，明天继续。。。。

zhaozhzh

介绍的非常详细呀。学习了。

爱的逃兵

丹麦王子 发表于 2017-2-13 09:45
机器架构定好后就开始画线路图了（图见整机电路图），线路不太复杂，

初哥入门不错

丹麦王子

线路板后面接近机箱后板有几个大焊盘，这就是我要用到的了，零件袋里面拿出

JST的 SGF-21T-5 直径3.96毫米连接器（图见输出接线端子）







，本来这是用来夹线用的活动插座，我直接焊接在主板上，这就是标准的香蕉输出插座了，这样就解决了

功放接线柱太大后面板没法安装的问题了，输入就用个简单的3.5毫米耳机插座吧，

用排线和插座连到主板就行了。主板焊接过程也和前级一样，焊好所有元件跳线以后，

再逐个焊盘加锡，长接线焊完再拖一下锡（图见主电源板完成制作）。






焊好主板的接线就可以制作本功放的核心部分了，其实OPA541AM的线路 很简单，不连退耦电容的话，

一个通道只有四只电阻，我直接在芯片上 搭焊所有元件，芯片4/5脚的电阻搭焊那会一头勾住芯片脚，

另一头悬空 ，没法固定，我就用一点蓝色胶泥黏住它，焊好再把胶泥除掉（图见搭棚焊接OPA541AM）

电源退耦钽电容焊在电源脚和两个空脚上，空脚用铜丝接主板电源地。











焊好OPA541AM芯片上的线路后，就可以立到电源主板上接线了，一个芯 片的接线也不少，

电源输入线有3条（正/负/地），还有输入和地线（输 入地线和功放电源地分开）和输出喇叭接线，

接线用套管颜色区分，正电源用黄色，负电源用白色，地线蓝色，输出喇叭的接线用绿色，

机箱 位置狭小，焊起来着实费了一番功夫(图见焊接功放板)。












焊完后主板制作就完成了


















焊好主板所有接线后就可以处理变压器的交流接线了，这时候发现原来居然

忘记设计安装电源指示灯了，不过这没什么难度，LED灯座后面的板就是电源，

LED有的是，只需要计算一下限流电阻的数值就行了：总电压70v左右，

LED那点压降可以忽略，电流算4毫安吧，即是0.004A,电阻就70÷0.004=17500欧左右，

看看手上的电阻，有8k欧电阻，LED上下都各用一个电阻好了，加起来阻值 16000欧，

这样LED装在中间，两头的电阻引线可以接到正负电源，既对称又漂亮（图见LED搭棚焊接）。





















做好LED灯后就可以接变压器次级电源线了，先测试变压器输出接线，实测是双26v 输出，

在13v有输出抽头（这个本机用不上，也不剪掉，留着原来的插头做绝缘），量出变压器的两根接地的抽头，

用TYCO的 42741-2 6.35冷压 接线端子插头压好，这个端子附带一个6.35的插座片，机箱的地线就插 这里吧（图见电源压线端子）。













变压器的两根交流输出线也用JST的SVH-41T-P1.1压线端子压好，塞入白色塑料插头，可以直接插在二极管管脚上（图见制作电源插头/插电源接线）。
















这样机器就完工了，装好所有接线安上面板就完成这个折腾了几个月的制作了（图见组装功放/整机完成）

























完成后就可以先试机了（图见输入信号接线/），输出接上我的炮灰测试喇叭(图见接喇叭测试)，










输入接了个电脑音频线，先不接信号源，开机电源红灯亮了，没什么反应，喇叭也 没什么声音，这是什么状态？？

扭大一点音量，还是没动静，拿手去摸摸输入信号线的插头，喇叭传来嗞嗞的感应声，两边都正常！！


真是太好了，不枉我折腾那么久啊。这机器是精工细活慢慢搞，一天做一点，

早段又没空，等做完这些，已经花了好长的时间，真是挺累了，

发觉难度有点超过预期了，为了听听久闻大名的OPA541AM，累就累点吧。



既然线路可以正常工作，电源又已经封机箱里面，就不测试了，测试一下输出直流

偏压就行了，我有对进口表笔正好是香蕉头的，直接插到功放接线柱孔里面，

另一边照样接上喇叭，开机。输出瞬间有几十毫伏偏压，然后稳定到0.000或者-0.001v，

这参数实在令人吃惊，测量两边输出都一样，这功放芯片性能果然不同一般

（图见输出直流测试）。










马上关机，兴匆匆的把做好的功放拿到我的电脑系统那里，把原来的LM4766功放换下来，

喇叭线原来也是用JST 链状插针 SGM-51T-5压的，可以直接插进功放的香蕉插孔（图见接喇叭线），





接好电脑音频线，打开电脑， 播放一首自己 CD复制过来的黛青塔娜的“寂静的天空”，歌声空灵通透又细腻，

分析力十足却不刺耳，十分的耐听，开洋又不缺少厚度的声音我是很喜欢的，果然比我原来做的LM4766功放效果好很多（图见接电脑系统试机）。

虽然对自己的制作颇有信心，不过这功放声音好得有点意外，看来原来充电器机箱的那个进口变压器，看上去不大，

素质却是非常的得分，音响器材有好声音的基础必定是先有个出色的电源。







连续听了几个钟头的歌，测量直流输出很稳定没有变化，这么热的天，机器温度也不高，不过发现整机的增益有点大了，

CD输出电平信号强一 点的话，音量电位器调到八点钟位置就已经很大声了，得要拆开机器， 把46k4的电阻减半换小才行。



第二天拆开机器，抽出顶盖，先看一下元件位置，前级板顶部的46k4电 阻很容易换，下面那只在主滤波旁边的就有麻烦了。

先做容易的吧，顶部那只电阻齐电路板剪了下来，按原来的脚距弯好一只23k2的电阻，装到隔一个孔的位置，

引脚向旁边的焊点弯折再剪到合适的长度，这个焊起来没什么难度，下面那只

46K4电阻先齐根剪掉引线，剩下的短引脚要用来接新电阻，因为没法穿过线路板再焊了，

如果按标准程序换电阻，元件脚的焊点在夹缝里面，没法精确切断和焊接。

洞洞板制作基本上都是元件脚压元件脚，换元件基本上只能剪掉重新焊，

想完整拆一个下来那是很困难的。新电阻放在狭小的空隙里面没法固定，只好又用蓝色

胶泥粘好，焊好后再除掉胶泥，再剪短引线（图见更换23K2电阻）。

















这次可是真的完工了，放家里听了四五天，声音越来越顺耳，忍不住又多听了几天

才拎去给老徐，他听了，也赞不绝口，见了我拿手机给他看机器内部的图片，

看见机器里面的结构，说：真厉害，这才是真正的diy，比自己买套件装难度

可大得多了，而声音又这么好，实在很难得……

丹麦王子

晕死，，删了的附件  图也没了

明天再补吧

zhongqi

信号输入在哪里？

丹麦王子

zhongqi 发表于 2017-2-14 11:23
信号输入在哪里？

一楼有背面图，有个3.5mm黑色插座

zcxdp5

我就想知道这些板子在哪里买的  跟风做一个试试

qinfeng

王子你好  请问洞洞板上的线是漆包线去皮做成的吗？
还是直接买的铜线？
铜线的直径多大？
谢谢