方法本書可用作電氣工程或電氣工程與計算機科學(xué)專業(yè)第一門課程的教材，使學(xué)生在大學(xué)二年級完成從物理世界向電子和計算機世界的轉(zhuǎn)換。本書試圖實現(xiàn)兩個目的： 將電路和電子學(xué)以統(tǒng)一的、完整的方式來處理，并建立起電路與當(dāng)今數(shù)字和模擬世界的緊密聯(lián)系。這兩個目的來自于這樣的事實，即用傳統(tǒng)電路分析課程來介紹電氣工程的方法日顯過時。我們的世界正逐漸數(shù)字化。電氣工程領(lǐng)域中大部分學(xué)生都將要進入與數(shù)字電子學(xué)或計算機系統(tǒng)相關(guān)的工業(yè)界或研究生階段，甚至那些繼續(xù)留在電氣工程核心領(lǐng)域的學(xué)生也受到了數(shù)字領(lǐng)域的深刻影響。由于更加強調(diào)數(shù)字領(lǐng)域，因此基礎(chǔ)電氣工程教學(xué)必須從兩個方面進行改變。首先，傳統(tǒng)的那種無視數(shù)字領(lǐng)域而講授電路和電子學(xué)的方法必須被強調(diào)數(shù)字和模擬領(lǐng)域共同的電路基礎(chǔ)的方法所取代。由于電路和電子學(xué)中大多數(shù)基本概念均可同時用于數(shù)字和模擬領(lǐng)域，這就意味著，我們首先要強調(diào)電路與電子學(xué)對數(shù)字系統(tǒng)的更為廣闊的影響，并借此來激勵學(xué)生。比如說，雖然傳統(tǒng)的對一階RC電路動態(tài)過程的討論對于進入數(shù)字系統(tǒng)的學(xué)生來說并無興趣，但如果用相同的方法介紹由開關(guān)和電阻器構(gòu)成的反相器連接到非理想容性導(dǎo)線時的開關(guān)行為，則會使人興趣盎然。類似地，我們可以用觀察帶有寄生效應(yīng)的MOSFET反相器的行為來激發(fā)學(xué)生對二階RLC電路階躍響應(yīng)的興趣。
①Yannis Tsividis在1998年Int. Symp. Circuits and Systems（ISCAS）會議上發(fā)表的論文Teaching Circuits and Electronics to FirstYear Students給出了將電路與電子學(xué)集成為一門課程的精彩實例。其次，在考慮計算機工程的附加需求后，許多系提供了過多關(guān)于電路和電子學(xué)的獨立課程。因此更適合將其組合成為一門課程①。電路課程討論無源元件網(wǎng)絡(luò)，如電阻、電源、電容和電感。電子學(xué)討論無源元件和有源元件網(wǎng)絡(luò)，如MOS晶體管。雖然本書對電路與電子學(xué)進行了統(tǒng)一的處理，但也可以將其劃分為兩個學(xué)期連續(xù)的課程，一個強調(diào)電路，另一個強調(diào)電子學(xué)，二者的基礎(chǔ)內(nèi)容相同。本書使用“抽象”的概念來試圖構(gòu)建物理世界與大型計算機世界的聯(lián)系。特別地，本書試圖將電氣工程與計算機科學(xué)統(tǒng)一起來，使其作為不斷進行創(chuàng)造性和探索性抽象的藝術(shù)，從而可解決在創(chuàng)建有用的電氣系統(tǒng)所導(dǎo)致的復(fù)雜問題。簡而言之，計算機系統(tǒng)就是一種電氣系統(tǒng)。為了將電路和電子學(xué)結(jié)合為一個整體，本書采取的方法是較為深入地討論一些非常重要的主題，并盡可能選擇新的元件。比如，本書使用MOSFET作為基本的有源元件，而將對其他裝置（如雙極晶體管）的討論限制在練習(xí)和例子中。此外，為了讓學(xué)生理解基本電路概念，而不是沉迷于特定的元件，本書在例子和練習(xí)中還介紹了若干抽象元件。我們相信這種方法可使學(xué)生學(xué)會用現(xiàn)有元件和以后發(fā)明的元件進行設(shè)計。最后，下面列出了本書與本領(lǐng)域相關(guān)書籍的其他區(qū)別。 本書通過介紹如何從麥克斯韋方程利用一系列簡化假設(shè)直接得到集總電路抽象，在電氣工程和物理間建立了清晰的聯(lián)系。 本書中始終使用抽象的概念，以統(tǒng)一在模擬和數(shù)字設(shè)計中所進行的工程簡化。 本書更為強調(diào)數(shù)字領(lǐng)域。但我們對數(shù)字系統(tǒng)的處理卻強調(diào)其模擬方面。我們從開關(guān)、電源、電阻器和MOSFET開始，介紹KCL、KVL應(yīng)用等內(nèi)容。本書表明，數(shù)字特性和模擬特性可通過關(guān)注元件特性的不同區(qū)域而獲得。 MOSFET裝置的介紹采用循序漸進的方式進行： 從S模型，到SR模型，再到SCS模型和SU模型。 本書表明，可用非常簡單的MOSFET模型對數(shù)字電路的靜態(tài)和動態(tài)工作進行大量而深入的分析。 元件的不同特性，如電容的記憶特性或放大器的增益效益，均與其在模擬電路和數(shù)字電路中的應(yīng)用相關(guān)。 從直覺角度強調(diào)了暫態(tài)問題的狀態(tài)變量觀點，這樣處理的原因在于可方便地得到線性或非線性網(wǎng)絡(luò)的計算機解。 能量和功率的問題在模擬和數(shù)字電路中均進行討論。 從數(shù)字領(lǐng)域中抽取大量VLSI的例子，這樣可強調(diào)傳統(tǒng)電路中分析的力量和普遍適用性。我們相信，在具有上述特點后，本書為即將進入核心電氣工程專業(yè)（包括數(shù)字和RF電路、通信、控制、信號處理、裝置制造等領(lǐng)域）或計算機工程專業(yè)（包括數(shù)字設(shè)計、體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯器和語言）的學(xué)生提供了足夠的基礎(chǔ)。MIT具有統(tǒng)一的電氣工程與計算機科學(xué)系。本書作為MIT關(guān)于電路與電子學(xué)入門課程的教材。該課程每學(xué)期均開設(shè)，每年有約500名學(xué)生選修。概述第1章討論抽象的概念并介紹集總電路的抽象。本章討論如何從麥克斯韋方程中抽象出集總電路，提供了電氣工程領(lǐng)域簡化復(fù)雜系統(tǒng)分析過程的基本方法。然后，本章介紹了若干理想的集總元件，包括電阻、電壓源和電流源。本章還討論了研究電子電路的兩個主要動機： 對物理系統(tǒng)建模和信息處理。本章介紹了模型的概念，并討論如何用理想電阻和電源對物理元件進行建模。本章還討論了信息處理與信號表示。第2章介紹KVL和KCL，并討論其與麥克斯韋方程的關(guān)系。然后用KVL和KCL來分析簡單電阻網(wǎng)絡(luò)。本章還介紹了另一種有用的元件： 受控源。第3章給出了網(wǎng)絡(luò)分析的更為一般的方法。第4章介紹了簡單非線性電路的分析方法。第5章介紹了數(shù)字抽象，討論了第二個重要的簡化，使得電氣工程師可解決創(chuàng)建大型系統(tǒng)所帶來的復(fù)雜問題在本書和相關(guān)的教學(xué)計劃中如何引入數(shù)字抽象是讓作者頗費苦心的問題。我們認(rèn)為在此處引入數(shù)字抽象平衡了在教學(xué)計劃中盡早引入數(shù)字系統(tǒng)以激勵學(xué)生（尤其是通過實驗）的需求和介紹足夠的理論基礎(chǔ)從而使得學(xué)生能夠分析諸如組合邏輯這樣的數(shù)字電路的需求。需要指出，我們認(rèn)為應(yīng)比Tsividis在1998年ISCAS會議文章所倡導(dǎo)的更早地介紹數(shù)字系統(tǒng)，同時我們完全同意他關(guān)于需要包含一定程度數(shù)字設(shè)計的思想。。第6章介紹開關(guān)元件并描述數(shù)字邏輯單元是如何構(gòu)造的。本章還介紹了用MOSFET晶體管實現(xiàn)的開關(guān)。本章介紹了MOSFET的S（開關(guān)）和SR（開關(guān)電阻）模型，并用前面介紹的網(wǎng)絡(luò)分析方法分析簡單的開關(guān)電路。接下來還討論了數(shù)字系統(tǒng)中的放大和噪聲容限的關(guān)系。第7章討論放大的概念。本章介紹了MOSFET的SCS（開關(guān)電流源）模型，并構(gòu)建了一個MOSFET放大器。第8章繼續(xù)進行對小信號放大器的討論。第9章介紹了存儲元件，即電容和電感，討論了電容和電感模型對于高速設(shè)計的必要性。第10章討論網(wǎng)絡(luò)的一階暫態(tài)。本章還介紹了一階網(wǎng)絡(luò)的若干重要應(yīng)用，如數(shù)字存儲。第11章討論數(shù)字系統(tǒng)的能量和功率，從而引入CMOS邏輯。第12章分析網(wǎng)絡(luò)的二階暫態(tài)，同時從時域觀點討論RLC電路的諧振特性。第13章討論動態(tài)電路的正弦穩(wěn)態(tài)分析。本章還介紹了阻抗和頻率響應(yīng)的概念。本章將設(shè)計濾波器作為重要的激發(fā)學(xué)生興趣的應(yīng)用。第14章從頻率觀點分析諧振電路。第15章介紹了運算放大器，將其作為模擬設(shè)計中應(yīng)用抽象概念的重要例子。第16章討論二極管和簡單二極管電路。本書還包含了關(guān)于三角函數(shù)、復(fù)數(shù)和求解線性代數(shù)方程的附錄，以幫助讀者復(fù)習(xí)和查閱。課程組織各章順序的排列是為了進行1或2學(xué)期完整的電路與電子學(xué)教學(xué)。一階和二階電路盡可能放到后面，使得學(xué)生在同時選修微分方程課程時可獲得更好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。數(shù)字抽象盡可能早地介紹，以盡早地引起學(xué)生的興趣。此外，也可采用下面的順序來組織電路課程和電子學(xué)課程。電路課程的順序是： 第1章（集總電路抽象），第2章（KVL和KCL），第3章（網(wǎng)絡(luò)分析），第5章（數(shù)字抽象），第6章（MOSFET的S和SR模型），第9章（電容和電感），第10章（一階暫態(tài)），第11章（能量、功率和CMOS），第12章（二階暫態(tài)），第13章（正弦穩(wěn)態(tài)），第14章（諧振電路的頻率分析）和第15章（運算放大器抽象，任選）。電子學(xué)課程的順序是： 第4章（非線性電路），第7章（放大器，MOSFET的SCS模型），第8章（小信號放大器），第13章（正弦穩(wěn)態(tài)和濾波器），第15章（運算放大器抽象）和第16章（二極管和功率電路）。網(wǎng)絡(luò)補充材料我們收集了相當(dāng)豐富的材料幫助學(xué)生和教師使用本書。這些信息可通過Morgan Kaufmann網(wǎng)站獲�。� http://www.mkp.com/companions/1558607358。該網(wǎng)站包括： 附加的小節(jié)和例題，正文中用 www 的字樣來標(biāo)明這些小節(jié)和例題。 教師手冊。 對MIT OpenCourseWare網(wǎng)站的連接，從中可訪問作者開設(shè)的6.002電路與電子學(xué)課程。在該網(wǎng)站中包括：