[spendorspain]

Hi

I’ve searched this forum regarding BJT hFE matching and I’m a little confused. There are head-fiers that favour Vbe measurement (which I don’t know how to make) over simple hFE testing. Others say the hFE exact value is less important than the relative values between pnp, npn and npn-pnp complementary pairs (so the quality and absolute accuracy of DMM is less important, as it is used only to measure the difference).

I’m not sure if I can trust the measurements made with my digital multimeter (a cheap “YFE YF-602”) using its “b-c-e” hFE test socket, but
I have measured these hFE values for the transistors to be used in a WNA class A headphone amplifier:

For the four BD139 (used as a pair with BD140 in the output stage):
161, 161, 162 and 162
For the four BD140:
172, 174, 177 and 177
For the two MPSA42 (used as a pair with MPSA92 ahead of the two pairs of BD139/140 output devices):
152 and 153
For the two MPSA92:
165 and 171.

As you can see the hFE difference in output devices (both ST Micro-made) is around 1% between the pnp and npn respectively and below 10% between each npn-pnp pair (e.g.: the worst case is a pair with BD139 hFE=162 and its complementary BD140 hFE=177, about 9% difference) .
However, I’ve read that it is more important to match the input transistors rather than the output ones (as the overall negative feedback can compensate a small difference in the latter case), and unfortunately the hFE values of MPSA42/92 have more difference (around 4% between the pnp and npn respectively and around 10% between the npn-pnp pair).

My questions are:
1) A transistor mismatch in an amplifier can lead to sonic degradation or more dc offset at output, so is the matching above precise enough, both for the BD139/140 and MPSA42/92?
2) If the BD139/140 are used in a rail splitter is its hFE matching so important?

Thanks in advance for your comments
Best regards

Jose

 

[jcx]

many meters have a "diode" setting which puts some constant current out (100uA?) and reports the V

you can do the same - with a fixed 5V supply use a resistor to set the current (5 V supply to prevent reverse breakdown if you hook it up backwards) and measure on a low V range

Vbe matching is important in input differential pairs where mismatch translates to offset V

hfe matching is usually less important since hfe itself is high and the "error" is ~ 1/hfe

a 10% hfe mismatch of hfe = 200 transistors is only a 0.05% collector or emitter current difference

and since hfe matching between transistors/batches is unreliable few popular discrete circuits rely on hfe match

 

[Garbz]

Only a very poorly designed amplifier would sonically change with different hFE values. It's very easy to design a transistor amplifier independant of hFE.

Not knowing how the rail splitter looks like I'll just say if it is hFE dependant then it won't split the rails perfectly if you missmatch the transistors.

 

[tomb]

I am a complete noob on this subject, but I recently purchased a cheap meter just so I could get HFE testing. Steinchen's site for Diamond Buffers on the Millett Hybrid specifically describe cheap meter HFE testing for transistors. So, I think for some things it maybe OK.

 

[spendorspain]

Quote:

Originally Posted by tomb I am a complete noob on this subject, but I recently purchased a cheap meter just so I could get HFE testing. Steinchen's site for Diamond Buffers on the Millett Hybrid specifically describe cheap meter HFE testing for transistors. So, I think for some things it maybe OK.

Thank you to all. This Steinchen site is very useful and informative. I'm not going to measure Vbe, as it's too complicated for me, and I think the BD139/140 output transistors I have are matched enough in hFE. However, I'm going to buy a dozen or so of each MPSA42 and 92. I hope I'll find two good pairs with very similar hFE (their curves hFE vs Ic are nearly flat, so although the multimeter tests hFE at a very low Ic level, I think the reading is useful as a guide).

Regards
Jose

 

[Garbz]

What you're measuring is proportional anyway using a Vbe test circuit. In such a case either hfe or vbe measurments can be used.

 

[Troubleshooters]

Hola José.
 
Las respuestas a tus preguntas están definidas por la respuesta a la siguiente pregunta ¿Para qué necesitas medir la capacidad de amplificación de un transistor? Hoy en día, los diseños de amplificadores de audio se hacen de forma tal que no dependan de los valores de hFE de los transistores empleados; sin embargo, esta práctica no es del todo cierta.
 
Si utilizas una etapa diferencial como el primer elemento de tu diseño, te conviene totalmente seleccionar a mano los transistores a emplear para que no tengas un offset a la salida de tu amplificador, o bien, dotar a tu circuito de un mecanismo para ajustar el offset. Por otra parte, si lo que deseas es construir un amplificador de audio de gran potencia (1,000 Watts RMS), más te vale que aparees los transistores de la mejor manera posible o pagarás las consecuencias. Para explicarte por qué, permíteme usar una analogía:
 
Imagina por un instante que tienes la necesidad de conducir una diligencia como las que salen en las películas del viejo oeste y que tu diligencia en particular es tirada (halada) por seis caballos. Si no los empatas bien, tendrás muy serios problemas y déjame decirte por qué. Si alguno de los seis caballos es significativamente más veloz que los demás, éste tendrá la tendencia a correr más rápido que el resto del grupo y, en consecuencia, trabajará más al halar la diligencia hasta que se agote. Entonces, habrás perdido un caballo y los otros cinco tendrán que arrastrarlo o destrozarlo, porque una vez que la diligencia esté en marcha, no podrás parar lo suficientemente rápido para desenganchar el caballo muerto. Además, se supone que no llevas caballos de repuesto, así es que los otros cinco caballos no podrán con la tarea de halar la diligencia y de paso soportar el peso de arrastrar el caballo muerto.
 
Por otro lado, si uno o más de los seis caballos son muy lentos, los de velocidad normal estarán haciendo todo el trabajo y se fatigarán hasta desfallecer. Entonces, habrás perdido a tus mejores caballos y te habrás quedado con los más lentos o flojos, los cuales, dicho sea de paso, no trabajaron ni en las mejores circunstancias, mucho menos lo harán en las peores.
 
Así pues, ahora simplemente reemplaza los caballos por transistores de potencia y a tu diligencia por un amplificador de audio de gran potencia. Si no empatas bien tus transistores de potencia en términos de su hFE o capacidad de amplificación y su voltaje de base-emisor, terminarás con amplificador quemado y muy probablemente también con unas bocinas quemadas. Olvídate de la fidelidad... ésa estará en función de todo el diseño y de todas las demás características de operación de cada uno de los componentes en el amplificador, no solamente en manos de los transistores de salida.
 
Recibe un fraternal saludo desde México.
 
Troubleshooters Unlimited