HAGIWO 8 Step Sequencer を作る

2024/ 08/ 03 2025/ 04/ 26

概要

HAGIWO作品のシーケンサ No.20 CV/GATE 8step sequencer を作るのだが、少し欲が出て、自分なりのモディファイをすることにした。

モディファイ内容

クロック用の発振素子にシュミットトリガーCD40106BEを使ってみる。
ステップ数を可変にする。（１～８ステップ）
Rail to Rail の手持ちオペアンプの特性が良くなかったので、単電源の LM358 を12Vで動かす。
内/外部クロックの切り換えは、差し込みスイッチ式の3.5mmモノラルジャックを使う。

モディファイの参考サイトと回路図
Synthesizer Build part-49: 8 STEP SEQUENCER version 2.0 @ Eddy Bergman.com

本文

ハード構成（全て、Aliexpress品）

クロックIC：CD40106BE

POT: 100kΩ + 10kΩ
Cap: 33uF
30BPMから1200BPM狙い

カウンタIC：CD4017BE
オペアンプ：LM358N
8段スイッチ：RS16 rotary switch, 1P8T

補足

クロックICについて、

当初、システム電源をHAGIWOの作例どおりに 5V で計画した。
クロックICには5V電源で動くシュミットトリガーの74HC14 を使って、ブレッドボードでの動作確認を行った。
74HC14の安定した動作には1番Pinの入力手前に保護抵抗を設ける必要があった。
ブレッドボード上では、1MΩで正常にシーケンス動作ができたが、
基板では、シーケンスの順がめちゃくちゃになり安定しないというトラブルが起きた。
トライアンドエラーを切り換えし 10kΩでシーケンスが正常になった。
ただし、ネットでは 74HC14 を使った事例はなく、安心のため CD40106BE を使うことにした。
参考：各種シュミットトリガーを一覧でまとめる。（最下の3項目はSpice Modelの設定項目である。）スペック上では74HC14がダメで、CD40106がOKの理由は見当たらない。

項目	CD40106	CD4093	CD4584	74HC14	74LS14	74C14	74HCT14	74ACT14
タイプ	ヘックス・インバーター・シュミットトリガー	クアッド 2入力 NAND シュミットトリガー	ヘックス・インバーター・シュミットトリガー	ヘックス・インバーター・シュミットトリガー	ヘックス・インバーター・シュミットトリガー	ヘックス・インバーター・シュミットトリガー	ヘックス・インバーター・シュミットトリガー	ヘックス・インバーター・シュミットトリガー
スレッショルド電圧	0.9V (VDD=5V)	0.9V (VDD=5V)	0.9V (VDD=5V)	0.9V (VDD=5V)	1.3V (VDD=5V)	1.3V (VDD=5V)	0.9V (VDD=5V)	1.3V (VDD=5V)
入力電圧範囲	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V
出力電圧範囲	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V	-0.5V to VDD+0.5V
電源電圧範囲	3V to 18V	3V to 15V	3V to 15V	2V to 6V	4.5V to 5.5V	3V to 15V	4.5V to 5.5V	4.5V to 5.5V
消費電力	1mW (typical)	1mW (typical)	1mW (typical)	1mW (typical)	10mW (typical)	2mW (typical)	2mW (typical)	10mW (typical)
パッケージ	DIP-14, SO-14	DIP-14, SO-14	DIP-14, SO-14	DIP-14, SO-14	DIP-14, SO-14	DIP-14, SO-14	DIP-14, SO-14	DIP-14, SO-14
用途	シグナル処理、ノイズフィルタリング、デバウンシング	シグナル処理、ノイズフィルタリング、デバウンシング	シグナル処理、ノイズフィルタリング、デバウンシング	シグナル処理、ノイズフィルタリング、デバウンシング	シグナル処理、クロック生成、デバウンシング	シグナル処理、ノイズフィルタリング、デバウンシング	シグナル処理、クロック生成、デバウンシング	シグナル処理、クロック生成、デバウンシング
特徴	高いノイズ耐性、低消費電力	高いノイズ耐性、低消費電力	高いノイズ耐性、低消費電力	高いノイズ耐性、低消費電力	高速動作、TTL互換	高いノイズ耐性、低消費電力	高速動作、TTL互換	高速動作、TTL互換
SPICE VDD	8V	5V	5V	5V	5V	10V	5V	5V
SPICE SPEED	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
SPICE TRIPDT	5e-9	5e-9	5e-9	5e-9	5e-9	5e-9	5e-9	5e-9

オペアンプについて、

一般的にシーケンサの出力は 0から5V である。このため、電源を5Vにした場合には、入出力 Rail to Rail のオペアンプが求められる。
手持ちの Rail to Rail オペアンプの MCP602（秋月）とMC6482（Aliexpress）では、共にフルスイングの特性が得られなかった。
そこで、HAGIWOの回路図に載っている単電源のLM358Nを使うことにしたが、5Vを出力するには 5+1.5V = 6.5V 以上の正電源が必要になる。

CD4017BE

引用元：CD4017BE CMOS Counter: Circuit, Pinout and Uses

このデバイスには、0 から 9 までのバイナリカウントシーケンスを表す 10 個の出力 (Q0 から Q9 のラベル付き) があります。複数の CD4017BE IC をカスケード接続して、より大きなカウンターを作成できます。

IC は、クロック入力 (ピン 14) に適用されるクロック信号の立ち上がりエッジでカウントし、各クロックパルスで出力ピン (Q0 から Q9) を進めます。リセット入力 (ピン 15) にリセット信号を適用すると、カウントを 0 にリセットできます。キャリー出力ピン (ピン 12) を使用すると、複数の CD4017BE チップをカスケード接続して、より長いカウントシーケンスを作成できます。

シミュレーション

シュミットトリガーによるクロック発振とCD4017BEカウンターICの動作を理解するため、シミュレーションを行った。クロック発振部とオペアンプの12V電源以外はHAGIWOの回路図のとおりである。

CV電圧設定用のPOTはサブサーキット化して、POTの分圧比を任意に設定できるモデルにした。クロックごとに、CD4017BEのQ0: ステップ１から、Q7: ステップ８まで、段階的にCV電圧が変化する様子と、Q8でリセットされて繰り返しになる様子が観察できた。

回路図

HAGIWOの回路図を真似て、PNPトランジスタを介したGate出力を得ているが、本当のところはなぜクロック出力をGate出力にしないのかわかっていない。実際に、Eddy Bergman の Synthesizer Build part-49: 8 STEP SEQUENCER version 2.0 ではクロック出力からGate出力を取り出している。