私の6SN7プリアンプに搭載している600Ω定インピーダンス型アッテネータの設計から製作までを順番に記事化します。
1) なぜ定インピーダンス型のアッテネータを導入しようと思ったか？
真空管構成のコントロールアンプやパワーアンプに音量調整の機構を挿入する際、一般的にはプリアンプならドライバー段と出力段の段間に図のように可変抵抗器を設置します。パワーアンプであれば入力段のグリッド入力部分に可変抵抗器を同様に設置します。このようにすることにより、受け側の真空管の第1グリッドには前段の出力電圧が可変抵抗器で分圧されれ入力されるため音量調整が可能となります。この方式は非常に単純な回路で音量調整が出来るものですが、欠点として前段側から見た出力負荷がボリューム位置によって一定にならないということがあります。
図1-1の例ではRiが50kΩ, Rgが1MΩとした場合、前段（入力端子）から見た負荷抵抗はボリューム位置によって50kΩ(Min Vol)から47.6kΩ(Max Vol)迄変動します。Rgが1MΩと大きなため変動幅はあまり大きくないですが・・・
この影響を低減したり回避する方法がいろいろ提案されていますが、本項では600Ωインピーダンス回路に挿入するブリッジT型アッテネータをボリュームコントロールとして使用する方式をとりました。今回はブリッジT型アッテネータの設計（計算）方法および製作事例を記事化します。
ブリッジT型を採用した理由は前段から見た負荷インピーダンスが一定であること、信号回路に挿入される抵抗値4本に対して値の大きなものが信号に直列に入らないことといった理由です。600Ωインピ―ダンスを選択した理由は誘導ノイズに対する影響度を受けにくく、引き回しの距離を長くすることも可能であること。また市販品のブリッジTアッテネータと比較のための交換も可能といった理由からです。デメリットとしては減衰に必要なステップ数×2+2本の抵抗が必要となることです。
まず、ブリッジTアッテネータの設計に入る前に600Ω回路にT型アッテネータを挿入して必要な減衰量を得る方法を考えてみましょう。
2) T型アッテネータ
まず図1.2の中で
Rs＝RL=Rと置く。
前段(A点)から負荷側を見たTotalインピーダンス（＝R)は
R＝R1＋R2//(R1+R) 式1.1
また、この回路の電圧減衰率K（K≧1)とすると
K＝Ei/Eo＝(Ii×R)/(Io×R)＝Ii/Io 式1.2
R2に流れる電流はIi-IoとなるのでR2の両端に発生する電圧Er2は
Er2=(Ii-Io)×R2
このEr2はIoがR1と負荷側Rを通る際に引き起こす電圧降下と同等となるので
Er2=Io×(R1+R)
従って
(Ii-Io)×R2＝Io×(R1+R)
Ii×R2=Io×(R1+R2+Z) 式1.３
Ii/Io＝Ei/Eo＝Kであるから
K＝Ii/Io＝(R1+R2+R)/R2 式1.4
R=R1＋R2//(R1+R)から
R＝R1＋[R2×(R1+R)]/[R1+R2+R)] にKを代入すると
R＝R1+(R1＋R)/K
R×(1-1/K)=R1×(1+1/K)
R1=(1-1/K)/(1+1/K)×R
R1=(K-1)/(K+1)×R 式1.5
1/K×(R1+R2+R）＝R2であるから
1/K×(R1+R)+1/K×R2=R2
1/K×(R1+R)=(1-1/K)×R2
R2=1/K×(R1+R)/(1-1/K)
R2×K=(R1+R)/(1-1/K)
R2×K＝[(K-1)/(K+1)×R＋R]/(1-1/K)
R2=[(K-1)/(K+1)×R＋R]/(K-1)
=[1/(K+1)×R＋R/(K-1)]
＝R×[ 1/(K+1)+1/(K-1) ]
=R×[(K-1)+(K+1)]/[(K+1)×(K-1)]
＝2R×K/[(K+1)×(K-1)]
＝2R×K/(K^2-1) 式1.6
以上により、減衰率Kを満足するT型アッテネータのR1,R2を求めることができました。このT型減衰回路をセレクタースイッチにて複数段切り替えればオーディオ用のボリュームコントロールに使用可能ですが、この方式では減衰率にかかわらずインピーダンスが一定という条件は満たすもののボリューム1ポジションごとに3個の抵抗を切り替えねばならないため抵抗の個数とセレクタの接点数が無駄に多くなってしまいます。上記の 式1.5と式1.6はこの後、重要な部分で参照します。
3) ブリッジT型アッテネータ
図1.3にブリッジT型アッテネータの回路を記載しました。回路内のA,B点の間に入るRの抵抗は入出力インピーダンスと同じ値を用います。A,B点間にはもう一つRaの抵抗が記載されていますが、このRaとRbがこのブリッジT回路で減衰度を決定させる抵抗の組合せです。ブリッジT内部の2つのRとRaに注目すると、この部分がデルタ型に接続されていることがわかると思います。▽の上辺がRa、▽の下側の2つの斜め辺がRになります。この▽回路はY回路に等価変換が可能です。
図1.3のブリッジTアッテネータ回路中のR1,Rと図1.4のT型アッテネータ回路内のR1,R’2の関係は等価変換の式から以下のようになります。
R1=R×Ra/(2R+Ra) 式1.7
R’2=R^2/(2R+Ra) 式1.8
式1.5および式1.7より
R1＝(K-1)/(K+1)×R＝R×Ra/(2R+Ra)
(K-1)×(2R+Ra)＝Ra×(K+1)
Ra×[(K+1)-(K-1)]＝2R×(K-1)
2Ra＝2R×(K-1)
Ra=R×(K-1) 式1.9
式1.6および式1.8より
R2=2R×K/(K^2-1)
R’2=R^2/(2R+Ra)
Rb+R’2=R2
Rb=R2-R’2
Rb=2R×K/(K^2-1)-R^2/[2R+R×(K-1)]
=2R×K/[(K+1)×(K-1)]-R^2/[2R+R×(K-1)]
=2R×K/[(K+1)×(K-1)]-R^2/(2R+R×K-R）
=2R×K/[(K+1)×(K-1)]-R^2/[R×(1+K)]
=2R×K/[(K+1)×(K-1)]-R/(1+K)
=2R×K/[(K+1)×(K-1)]-R×(K-1)/[(K+1)×(K-1)]
=[2R×K-R×(K-1)]/[(K+1)×(K-1)]
=R×[2K-(K-1)]/[(K+1)×(K-1)]
=R×(K+1)/[(K+1)×(K-1)]
=R/(K-1) 式1.10
式1.9と式1.10からブリッジT型のアッテネータに必要な
Ra=R×(K-1)
Rb=R/(K-1)
を導き出すことができました。
4) ステップ毎の減衰量の設定
ブリッジT型アッテネータの可変抵抗の組合せの計算方法は出ましたが、実際にセットに組付けるにはステップ数、ステップごとの減衰量を決定し、その結果抵抗値が決まります。また減衰量Kは単純に入力値と出力値の単純比率となっていますので、dBに変換することも必要です。
GをdBベースの減衰量としたとき
GとKの関係は
G(dB)=20×log(K) （K>1)
であるので
K=10^(G/20)の関係があります。
したがって
Ra=R×(K-1)
Rb=R/(K-1)
の算出式は
R1=R*(10^(G/20)-1)
R2=R/(10^(G/20)-1)
と置き換えることができます。
図1.1で示したような通常のA型ボリューム抵抗使用時のボリューム回転角と抵抗分圧比率を定インピーダンスアッテネータの信号減衰で模擬させる場合は図1.5で示すようなイメージになります。小音量時には回転角に対して減衰率(dB)の変化が大きく、大音量時には回転角に対して減衰率(dB)の変化は小さくなります。
実際に機器に組み込むための定数設定に入ります。そのためにはアッテネータに使用する多ステップのセレクタースイッチを選定する必要があります。
私のプリアンプではメイン（全域）の音量調節用と、高域の音量調節用の2か所でブリッジTアッテネータを搭載しています。
どちらもSEIDENのSG56シリーズです。メイン用は34ステップ、高域補正用は16ステップもセレクターを選択しました。
まだ執筆中です。出来次第続きを掲載します。