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【摘 要】本文首先分析《信号与系统》课程在电子信息类教学的重要性；其次介绍Multisim软件的特点及其在本课程教学中的优点；在此基础上，最后通过实例讨论如何利用Multisim软件提高本课程在教学中的效果。
【关键词】信号与系统 Multisim 电路分析
【中图分类号】G718.5【文献标识码】A【文章编号】1006－9682（2009）01－0055－02
【Abstract】Firstly, this paper introduced the importance of signal and system in the teaching about electron and information. Secondly, it described the characters and advantages of Multisim in the teaching of signal and system. Lastly, by examples we discussed how improving the teaching quality utilizing Multisim software.
【Key words】Signal and system Multisim Circuit analysis
一、引 言
电子信息科学技术的飞速发展，使得关于信号与系统的理论和应用也越来越广泛、深刻。其基本分析方法和原理广泛应用于通信工程、电子信息、自动控制及生命科学等各个领域。《信号与系统》［1］是电子信息类的专业基础课程，是一门以数学推导为基础的理论性很强的课程，在我校的电子信息专业教学环节中起着承上启下的作用。本课程的教学目的是让学生掌握信号和线性系统在不同域（t，f，s/z域）内进行分析的基本理论、方法。尤其是如何让同学们理解时域电路的动态分析求解是教学中的难点之一，同学在理解上存在很大的瓶颈。
随着计算仿真软件的不断发展，如何有效地利用各种软件提高信号与系统课程的教学效果值是得研究的［2］。将Multisim仿真软件引入信号与系统课堂教学中，通过动态演示将部分抽象的数学分析转化为可视化的图形，可以让学生直观地理解比较抽象的教学内容，提高学习的积极性和兴趣。同时，便于活跃课堂气氛，增加师生的互动。
二、Multisim软件
《信号与系统》中有一部分内容是时域电路系统模型建立和分析及通信系统中的具体应用。如何更好的理解电路系统动态工作过程、分析一个电路系统性能？
Multisim［3］是在EWB的基础上发展起来的专业仿真软件，可真实地仿真分析实际电路的工作过程，是电子线路系统仿真的理想工具。它具有很多优点，其中对本门课程教学比较重要的一点是：提供了多种常用的电子元器件和虚拟仪表，用户可以通过这些虚拟仪表观察具体电路系统模型的运行状态，观察仿真结果，它们的设置、使用和读数与实际的测量仪表类似，就像在实验室中使用仪表一样。也就是说，我们可以利用Multisim软件，进行很多课程实验仿真（例如：有源无源滤波器、二阶电路的暂态响应等实验），利用Multisim更有利于同学们观测对于某电路系统输出信号与输入信号和电路参数的相互关系，同时也有利于对数据分析和处理。
所以本文将Multisim软件引入信号与系统教学中的应用中，目的是为了加强同学们对本门课程电路系统分析的理解和兴趣，也可以使同学掌握一种软件分析方法。
三、Multisim在信号与系统教学中的作用
本部分主要通过几个具体的实例分析，展示Multisim能够有效的改进传统的理论分析教学，让我们的课堂更加生动和活跃。
1．利用transient analyses实现动态电路的演示
在对连续时间系统的时域分析中，我们经常需要利用数学知识对电路进行建立微分方程，分析系统的动态工作过程，其中包括系统的零输入响应和零状态响应。在整个教学过程几乎全部是数学的理论推导，不利于学生理解，同时也显得枯燥无味。如果在整个教学过程中，适当的在理论分析的基础上，利用Multisim建立电路模型，动态显示相应的输出信号，有利于同学们理解回路中参数的改变对输出波形的影响。
下面通过一个具体的电路分析实例说明Multisim在电路分析上的良好效果。在我们理论教学和实验中都有对二阶电路的动态分析这部分内容。因为二阶电路的分析既可说明了电路的瞬态工作过程，也可以分析其系统函数零极点对输出信号的影响，是一个比较重要的理论教学知识点，同时也是我们实验教学中的一个必做试验。
在Multisim中建立如图1所示电路模型［4］。由于RLC电路中包含有不同性质的储能元件，当受到激励后，电场储能与磁场储能将会相互转换，形成振荡。如果电路中存在着电阻，那么储能将不断地被电阻消耗，因而振荡是减幅的，称为阻尼振荡或衰减振荡。如果电阻较大，则储能在初次转移时，它的大部分就可能
四、结束语
被电阻所消耗，不产生振荡。
因此，RLC电路的响应有三种情况：欠阻尼、临界阻尼、过阻尼。输出波形如图2、3、4所示。
在Multisim［5］的工具栏中选择transient analyses，将会弹出一个对话框，在此处可以进行仿真参数设置，然后选择对话框上的simulate按钮，就可以看到电路输出信号的动态输出过程。通过设置不同的RLC值，可以非常生动、形象地看到二阶电路的三个工作过程，有利于在沉重的数学推理中放松学生的情绪、提高学生的学习兴趣。
上述输出波形是在零状态下的输出波形。对于一个完整的电路输出信号，我们除了需要分析系统的零状态响应，还必须关系关心零输入响应。通过参数的设置（），我们很容易的得到此二阶电路的零输入状态图（波形与图2相似）。通过此图可以形象地向同学们说明电感和电容的储能作用。
2．利用pole-zero analyses进行电路稳定性的判断
在实际的电路设计中，我们必须考虑一个电路的稳定性，如何考察一个电路的稳定性？在Multisim中可以很方便的对任意的电路系统进行零极点分布分析。选在工具栏中的Simulate中的analyses选项中 pole-zero analyses。在弹出对话框中设置适当的参数后，按下Simulate按钮，就可以得到电路系统的零极点。如图5所示。
这是一個简单的电路分析，主要目的是说明在Multisim软件下我们可以很方便的分析一个电路的系统函数及其拉氏零极点分布境况，进而可以谈论一个电路的稳定性。
3．Fourier变换在通信系统应用
现在通信系统的发展处处伴随着Fourier变换的精心应用，比如调制系统和滤波器的应用。本文由于文字所限，在这里仅仅介绍一下如何利用Simulate中的所提供的集成模块和虚拟仪器，搭建通信系统中的调制。并以双边带调制为例，如图6、7所示。
利用Multisim中的虚拟滤波器可以动态的观测调制的实现过程。同时可以利用Simulate中的Fourier analyses分析信号频谱变化。
四、总 结
随着计算机技术的发展，目前各种仿真软件层出不穷。如何利用这些数字资源提高我们的教学质量，是身为一名教育工作者值得思索的问题。本文主要通过举例说明了Multisim在信号与系统教学中的一些具体作用。目的是通过中Multisim动态分析和图像显示活跃课堂气氛的同时，能够让同学们更好的理解信号与系统中的知识点。关于如何更好的提高《信号与系统》教学的效果，有待于我们继续探讨和研究。
参考文献
1 郑君里等. 信号与系统. 高等教育出版社，2004.10
2 金 波.“信号与系统”课程教学改革初探. 电气电子教学学报，2007.8
3 郑步生. Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用. 电子工业出版社，2002.2
4 燕庆明. 信号与系统教程. 高等教育出版社，2004.8
5 MultiSIM 9.0 仿真软件. http://www.9iv.com/down/soft/645.htm
【关键词】信号与系统 Multisim 电路分析
【中图分类号】G718.5【文献标识码】A【文章编号】1006－9682（2009）01－0055－02
【Abstract】Firstly, this paper introduced the importance of signal and system in the teaching about electron and information. Secondly, it described the characters and advantages of Multisim in the teaching of signal and system. Lastly, by examples we discussed how improving the teaching quality utilizing Multisim software.
【Key words】Signal and system Multisim Circuit analysis
一、引 言
电子信息科学技术的飞速发展，使得关于信号与系统的理论和应用也越来越广泛、深刻。其基本分析方法和原理广泛应用于通信工程、电子信息、自动控制及生命科学等各个领域。《信号与系统》［1］是电子信息类的专业基础课程，是一门以数学推导为基础的理论性很强的课程，在我校的电子信息专业教学环节中起着承上启下的作用。本课程的教学目的是让学生掌握信号和线性系统在不同域（t，f，s/z域）内进行分析的基本理论、方法。尤其是如何让同学们理解时域电路的动态分析求解是教学中的难点之一，同学在理解上存在很大的瓶颈。
随着计算仿真软件的不断发展，如何有效地利用各种软件提高信号与系统课程的教学效果值是得研究的［2］。将Multisim仿真软件引入信号与系统课堂教学中，通过动态演示将部分抽象的数学分析转化为可视化的图形，可以让学生直观地理解比较抽象的教学内容，提高学习的积极性和兴趣。同时，便于活跃课堂气氛，增加师生的互动。
二、Multisim软件
《信号与系统》中有一部分内容是时域电路系统模型建立和分析及通信系统中的具体应用。如何更好的理解电路系统动态工作过程、分析一个电路系统性能？
Multisim［3］是在EWB的基础上发展起来的专业仿真软件，可真实地仿真分析实际电路的工作过程，是电子线路系统仿真的理想工具。它具有很多优点，其中对本门课程教学比较重要的一点是：提供了多种常用的电子元器件和虚拟仪表，用户可以通过这些虚拟仪表观察具体电路系统模型的运行状态，观察仿真结果，它们的设置、使用和读数与实际的测量仪表类似，就像在实验室中使用仪表一样。也就是说，我们可以利用Multisim软件，进行很多课程实验仿真（例如：有源无源滤波器、二阶电路的暂态响应等实验），利用Multisim更有利于同学们观测对于某电路系统输出信号与输入信号和电路参数的相互关系，同时也有利于对数据分析和处理。
所以本文将Multisim软件引入信号与系统教学中的应用中，目的是为了加强同学们对本门课程电路系统分析的理解和兴趣，也可以使同学掌握一种软件分析方法。
三、Multisim在信号与系统教学中的作用
本部分主要通过几个具体的实例分析，展示Multisim能够有效的改进传统的理论分析教学，让我们的课堂更加生动和活跃。
1．利用transient analyses实现动态电路的演示
在对连续时间系统的时域分析中，我们经常需要利用数学知识对电路进行建立微分方程，分析系统的动态工作过程，其中包括系统的零输入响应和零状态响应。在整个教学过程几乎全部是数学的理论推导，不利于学生理解，同时也显得枯燥无味。如果在整个教学过程中，适当的在理论分析的基础上，利用Multisim建立电路模型，动态显示相应的输出信号，有利于同学们理解回路中参数的改变对输出波形的影响。
下面通过一个具体的电路分析实例说明Multisim在电路分析上的良好效果。在我们理论教学和实验中都有对二阶电路的动态分析这部分内容。因为二阶电路的分析既可说明了电路的瞬态工作过程，也可以分析其系统函数零极点对输出信号的影响，是一个比较重要的理论教学知识点，同时也是我们实验教学中的一个必做试验。
在Multisim中建立如图1所示电路模型［4］。由于RLC电路中包含有不同性质的储能元件，当受到激励后，电场储能与磁场储能将会相互转换，形成振荡。如果电路中存在着电阻，那么储能将不断地被电阻消耗，因而振荡是减幅的，称为阻尼振荡或衰减振荡。如果电阻较大，则储能在初次转移时，它的大部分就可能
四、结束语
被电阻所消耗，不产生振荡。
因此，RLC电路的响应有三种情况：欠阻尼、临界阻尼、过阻尼。输出波形如图2、3、4所示。
在Multisim［5］的工具栏中选择transient analyses，将会弹出一个对话框，在此处可以进行仿真参数设置，然后选择对话框上的simulate按钮，就可以看到电路输出信号的动态输出过程。通过设置不同的RLC值，可以非常生动、形象地看到二阶电路的三个工作过程，有利于在沉重的数学推理中放松学生的情绪、提高学生的学习兴趣。
上述输出波形是在零状态下的输出波形。对于一个完整的电路输出信号，我们除了需要分析系统的零状态响应，还必须关系关心零输入响应。通过参数的设置（），我们很容易的得到此二阶电路的零输入状态图（波形与图2相似）。通过此图可以形象地向同学们说明电感和电容的储能作用。
2．利用pole-zero analyses进行电路稳定性的判断
在实际的电路设计中，我们必须考虑一个电路的稳定性，如何考察一个电路的稳定性？在Multisim中可以很方便的对任意的电路系统进行零极点分布分析。选在工具栏中的Simulate中的analyses选项中 pole-zero analyses。在弹出对话框中设置适当的参数后，按下Simulate按钮，就可以得到电路系统的零极点。如图5所示。
这是一個简单的电路分析，主要目的是说明在Multisim软件下我们可以很方便的分析一个电路的系统函数及其拉氏零极点分布境况，进而可以谈论一个电路的稳定性。
3．Fourier变换在通信系统应用
现在通信系统的发展处处伴随着Fourier变换的精心应用，比如调制系统和滤波器的应用。本文由于文字所限，在这里仅仅介绍一下如何利用Simulate中的所提供的集成模块和虚拟仪器，搭建通信系统中的调制。并以双边带调制为例，如图6、7所示。
利用Multisim中的虚拟滤波器可以动态的观测调制的实现过程。同时可以利用Simulate中的Fourier analyses分析信号频谱变化。
四、总 结
随着计算机技术的发展，目前各种仿真软件层出不穷。如何利用这些数字资源提高我们的教学质量，是身为一名教育工作者值得思索的问题。本文主要通过举例说明了Multisim在信号与系统教学中的一些具体作用。目的是通过中Multisim动态分析和图像显示活跃课堂气氛的同时，能够让同学们更好的理解信号与系统中的知识点。关于如何更好的提高《信号与系统》教学的效果，有待于我们继续探讨和研究。
参考文献
1 郑君里等. 信号与系统. 高等教育出版社，2004.10
2 金 波.“信号与系统”课程教学改革初探. 电气电子教学学报，2007.8
3 郑步生. Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用. 电子工业出版社，2002.2
4 燕庆明. 信号与系统教程. 高等教育出版社，2004.8
5 MultiSIM 9.0 仿真软件. http://www.9iv.com/down/soft/645.htm