Papier-in-Öl-Kondensatoren (PIO): Was ist das Besondere?

Viele Audioschaltkreise verwenden PIO-Kondensatoren. Was sind die elektrischen Eigenschaften von PIO-Kappen, die sie besonders machen (dh die Kosten rechtfertigen)? Welche Teile einer Verstärkerschaltung profitieren am meisten von der Verwendung von PIO-Kappen?

Sie bilden eine besondere magische Reaktion mit den sauerstofffreien Kabeln, der speziellen Holzkiste, in der sich der Verstärker befindet, und verschiedenen anderen Aberglauben, die nur Audiofreaks sehen können. Diese Dinge sind nicht für gewöhnliche Muggel gedacht, die Elektronik machen müssen, indem sie Physik und Mathematik anwenden.
Hatten wir nicht vor ein paar Jahren eine Frage wie diese ... Wenn ich mich recht erinnere, gab es großartige Antworten.

Antworten (6)

Das Eintauchen in Öl wurde häufig für Hochspannungsanwendungen wie Energietechnik, für Kondensatoren sowie Leistungsschalter / Relais bis Ende der 70er Jahre verwendet und wird auch heute noch verwendet, wenn auch anscheinend selten. Die Vorteile, die von der vorherigen Generation von Ingenieuren angeführt wurden enthalten:

  • Unterdrückung von Lichtbögen auf eine höhere Spannung als Luft
  • Verbesserte Kühlung lokaler Wärmestellen durch Zirkulation des Fluids
  • Verbesserte Isolierung zwischen den Kontaktelektroden mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als Luft
  • Eliminierung von Blasen innerhalb des Papiers oder Films oder zwischen Elektroden, wodurch sporadische Lichtbögen und unterschiedliche Eigenschaften vermieden werden
  • Bei bestimmten Hoch- oder Niederdruckanwendungen wurden Öle bevorzugt, da sie im Vergleich zu Luft weniger komprimierbar (fast überhaupt nicht) sind. Kompression oder Verdünnung würde den Abstand zwischen den Elektroden und somit die Kapazität zwischen den Elektroden unvorhersehbar verändern.

Vintage-Audioverstärker basierten auf Vakuumröhren und wurden oft mit hohen Spannungen betrieben, was die Verwendung solcher hochspannungsfreundlicher Komponenten rechtfertigte. Moderne halbleiterbasierte Verstärker arbeiten jedoch bei (typischerweise) viel niedrigeren Spannungen und sollten daher keine starke technische Rechtfertigung dafür haben, weiterhin ölgefüllte Kondensatoren zu verwenden. Es gibt jedoch keine Erklärung für die spirituellen Überzeugungen von Audiophilen.

Fußnote: Öl wurde später in Leistungsschaltern weitgehend durch SF6-Gas ersetzt, das nicht brennbar ist, wodurch das Sicherheitsrisiko von Öl beseitigt wurde. Vakuumbasierte Leistungsschalter werden jetzt auch in Hochspannungsanwendungen verwendet. Diese beiden Optionen scheinen jedoch bei Kondensatoren nicht vorherrschend zu sein.

Ich mag den Punkt, den Sie über den Unterschied in der Versorgungsspannung bei röhrenbasierten und halbleiterbasierten Verstärkern ansprechen.
Interessanter Punkt. Die Leute, die Ölimmersionsschaltanlagen verwenden, würden Vakuumröhrenschaltungen jedoch als "Niederspannung" betrachten. Bis 1500V DC gilt die EG „Niederspannungsrichtlinie“. Öl-in-Öl/Papier-Kondensatoren erhöhen die Permittivität und reduzieren die Größe des Kondensators. Es zirkuliert kaum und spielt keine Rolle bei der Kühlung oder Lichtbogenunterdrückung. Seine Viskosität wird jedoch die akustische Vibration bis zu einem gewissen Grad kontrollieren; Ein moderner Filmkondensator, der hart betrieben wird, kann einen schwachen Ton abgeben, wie ein ineffizienter elektrostatischer Lautsprecher. Wenn sich seine Platten bewegen, muss sich vermutlich auch seine Kapazität ändern.

Als professioneller Ingenieur und Amateurmusiker hat mich diese Frage fasziniert. Alles, was ich zu diesem Thema finden konnte, kann hier zusammengefasst werden ...

Viele Elektronikexperten werden Ihnen sagen, dass es keine wissenschaftliche Erklärung dafür gibt, warum Papier-in-Öl-Kondensatoren Ihnen einen besseren Ton geben, wenn sie in einer Gitarrenschaltung verwendet werden. Aber es ist eine wohlbekannte Tatsache in der Gitarren-Community, dass Papier in Öl wärmer, glatter ist und mehr "Glanz" hat als Keramikscheiben-, Mylar- oder Polypropylen-Kondensatoren. Die ursprünglichen Bumble Bees und Black Beauties waren Papier in Öl und wurden von vielen als der "Heilige Gral" von Tone angesehen, was Kondensatoren betrifft.

Und von hier ...

Papier-in-Öl- (oder PIO-) Kappen sind nur eine Art von Kondensatoren. Andere bestehen aus Mylar, Keramik usw. PIO-Kappen wurden in den Les Pauls der 50er Jahre verwendet und viele schätzen ihre klanglichen Qualitäten gegenüber moderneren Kondensatoren.

Die Auswirkung eines Kondensators auf den Frequenzgang und das Einschwingverhalten hängt von anderen Impedanzen in der Schaltung ab, in die sie eingebaut sind, sodass ein Kondensator als solcher keinen „Ton“ haben kann.

Aber wir bewegen uns hier auf höchst subjektivem (und mancher könnte sagen religiösem) Gebiet und zum Glück bin ich, da ich kein Gitarrist bin, ziemlich unqualifiziert, um weiter zu kommentieren ...

Das ist der gleiche Grund, warum Leute einen HiFi-Verstärker auf einer 80-Pfund-Granitplatte bauen, Operationsverstärker in ihren Designs vermeiden oder nur 00-Gauge-Reingold-Lautsprecherkabel verwenden: Sie sind keine richtigen Ingenieure, und sie neigen dazu Nehmen Sie ein Stück Wahrheit, nehmen Sie es ins Exzess und ignorieren Sie alles andere.

Wenn du liest:

wärmer, glatter und haben mehr "Sparkle"

oder

von vielen als "Heiliger Gral" bezeichnet

das heißt wirklich:

Manche Leute denken, dass sie ordentlich sind, ohne einen bestimmten Grund.

Nebenbei... Viele Audiophile gewinnen zusätzliche Freude, wenn sie wissen, dass sie in Geräte investiert haben, die Sound wiedergeben. Das Hauptproblem mit "Wärme" besteht darin, dass sie alte Verzerrungseffekte nachbilden, die durch die Erinnerung verdorben sind. Sehr akkurat reproduzierte Musik wird oft als kalt, harsch oder mechanisch verworfen, während das Verschmutzen der Spitzen (wie es bei Röhrenverstärkern der Fall ist) und andere geringfügige Effekte harmonischer Verzerrung den gewünschten Klang erzeugen. Es geht nicht um Treue, es geht um nostalgische Treue. Deshalb sind die älteren, teuren, weil nicht mehr relevanten Teile gefragt.
@Edwin: Ich würde gerne einige Doppelblindstudien in Bezug auf solche Phänomene sehen; Die Person, die argumentiert, dass Vintage oder teure (was auch immer) einen anderen Klang haben als neuere / billigere, dürfte das Audioquellenmaterial und die Hörumgebung auswählen. Sie würden zehn Schaltflächen erhalten, von denen fünf zufällig ausgewählt würden, um eine "neue" Komponente zu verwenden, und von denen fünf eine alte verwenden würden. Wenn ihre bevorzugten Komponenten einen anderen Klang haben, sollten sie feststellen können, welche fünf Tasten sich von den anderen fünf unterscheiden. Welche Komponente klingt "besser"...
...ist eine rein subjektive Beurteilung; Wenn jemand findet, dass eine skurrile harmonische Verzerrung eine Aufnahme für ihn ästhetisch ansprechender macht, kann ich dem unmöglich widersprechen, vorausgesetzt, es gibt zumindest eine Kombination aus Quellmaterial und Hörumgebung, in der er den Unterschied tatsächlich erkennen kann . Wenn sie jedoch nicht zwischen ihrer bevorzugten Komponente und einer konventionelleren unterscheiden können, wäre jede geäußerte Präferenz grundlos.

Wenn Sie einen historisch wichtigen Verstärker wie einen Leak TL12 Hi-Fi-Verstärker aus den 1940er Jahren oder einen Vox AC-30 Gitarrenverstärker restaurieren – oder nachbauen –, ist es wichtig, die richtigen Teile oder möglichst moderne Alternativen zu verwenden.

Früher waren die besten und zuverlässigsten Hochspannungskondensatoren Papier-in-Öl. Also haben die ursprünglichen Designer sie verwendet, weil es keine gute Alternative gab. (Ich finde, sie neigen dazu, nach etwa 40 Jahren undicht zu werden)

Vielleicht besteht der Unterschied zu den modernen Kondensatortypen darin, dass sich Papier-in-Öl-Kondensatoren im Feld als langlebig und zuverlässig erwiesen haben? Wann gab es die Elkos in ihrer heutigen Form, vermutlich um die 70er Jahre? Es wird so sein, als würde man Kunstwerke in Ölmedium (lange Geschichte, bekannte Alterungseigenschaften) mit den neueren Acrylfarben vergleichen.
Ich habe einige Elektrolyte aus den 1930er Jahren, aber sie haben in der Regel eine niedrigere Spannung, und selbst wenn sie neu sind, wurde erwartet, dass sie nicht richtig funktionieren würden, bis sie sich beim Einschalten des Stromkreises reformiert hätten. "Das Handbuch des modernen Radios" sagt "bei einigen älteren Typen ist der Leckstrom sehr stark und es kann zehn Minuten dauern, bis der Kondensator geheilt ist" (aus der Ausgabe von 1934!)

Dieser Typ hat tatsächlich Messungen vorgenommen und Lissajous angebracht, sodass wir zumindest einige Daten sehen können. Ich sehe ein paar gerade Linien, aber er sagt, das Papier/Öl sei "am saubersten", aber ich sehe ein paar gerade Linien (mit einigen bemerkenswerten Ausnahmen).

Ich denke, diese Kurven zeigen, dass Polyester, Polystyrol, Polycarbonat, Polypropylen, Glimmer und Papieröl in Anwendungen mit niedriger Spannung und niedriger Vorspannung gleichwertig sind. Gitarren-Tonkappen sind sicherlich Niederspannung (Bruchteile eines Volts) und keine Vorspannung.

Es kann ein seltsames akustisches Verhalten geben, da die Folien des Kondensators eine gewisse Kraft von der Spannung über ihnen erfahren, mit unterschiedlichen resultierenden Effekten für Papier, Mylar usw.

Vor langer Zeit hatte ich einige ölgefüllte Glaskörperkondensatoren aus einer Hochspannungseinheit eines alten Oszilloskops. Sie wurden für 40 kV oder so bewertet. Aber als ich 60 Hz Wechselstrom über sie legte (wahrscheinlich direkt von der Stromleitung. Es ist lange her), sind sie explodiert. Stelle dir das vor. Ich kann mir vorstellen, dass sie die 60-Hz-Vibration nicht aushalten konnten.

Wenn ein Kondensator eine hohe Kapazität und einen hohen ESR hat, wird viel Energie in den Kondensator geleitet, wenn er über eine Wechselstromversorgung gelegt wird. Irgendwo muss diese Energie ja hin....
Papier-in-Öl-Kondensatoren (PIO): Was ist das Besondere?
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