方法本書(shū)可用作電氣工程或電氣工程與計(jì)算機(jī)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(jí)完成從物理世界向電子和計(jì)算機(jī)世界的轉(zhuǎn)換。本書(shū)試圖實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的： 將電路和電子學(xué)以統(tǒng)一的、完整的方式來(lái)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(gè)目的來(lái)自于這樣的事實(shí)，即用傳統(tǒng)電路分析課程來(lái)介紹電氣工程的方法日顯過(guò)時(shí)。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(jìn)入與數(shù)字電子學(xué)或計(jì)算機(jī)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(qiáng)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(gè)方面進(jìn)行改變。首先，傳統(tǒng)的那種無(wú)視數(shù)字領(lǐng)域而講授電路和電子學(xué)的方法必須被強(qiáng)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(shí)用于數(shù)字和模擬領(lǐng)域，這就意味著，我們首先要強(qiáng)調(diào)電路與電子學(xué)對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的更為廣闊的影響，并借此來(lái)激勵(lì)學(xué)生。比如說(shuō)，雖然傳統(tǒng)的對(duì)一階RC電路動(dòng)態(tài)過(guò)程的討論對(duì)于進(jìn)入數(shù)字系統(tǒng)的學(xué)生來(lái)說(shuō)并無(wú)興趣，但如果用相同的方法介紹由開(kāi)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(shí)的開(kāi)關(guān)行為，則會(huì)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(lái)激發(fā)學(xué)生對(duì)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(huì)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(shí)例。其次，在考慮計(jì)算機(jī)工程的附加需求后，許多系提供了過(guò)多關(guān)于電路和電子學(xué)的獨(dú)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(wú)源元件網(wǎng)絡(luò)，如電阻、電源、電容和電感。電子學(xué)討論無(wú)源元件和有源元件網(wǎng)絡(luò)，如MOS晶體管。雖然本書(shū)對(duì)電路與電子學(xué)進(jìn)行了統(tǒng)一的處理，但也可以將其劃分為兩個(gè)學(xué)期連續(xù)的課程，一個(gè)強(qiáng)調(diào)電路，另一個(gè)強(qiáng)調(diào)電子學(xué)，二者的基礎(chǔ)內(nèi)容相同。本書(shū)使用“抽象”的概念來(lái)試圖構(gòu)建物理世界與大型計(jì)算機(jī)世界的聯(lián)系。特別地，本書(shū)試圖將電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，使其作為不斷進(jìn)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(wèn)題。簡(jiǎn)而言之，計(jì)算機(jī)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(gè)整體，本書(shū)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(shū)使用MOSFET作為基本的有源元件，而將對(duì)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(shū)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(huì)用現(xiàn)有元件和以后發(fā)明的元件進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后，下面列出了本書(shū)與本領(lǐng)域相關(guān)書(shū)籍的其他區(qū)別。 本書(shū)通過(guò)介紹如何從麥克斯韋方程利用一系列簡(jiǎn)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(shū)中始終使用抽象的概念，以統(tǒng)一在模擬和數(shù)字設(shè)計(jì)中所進(jìn)行的工程簡(jiǎn)化。 本書(shū)更為強(qiáng)調(diào)數(shù)字領(lǐng)域。但我們對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的處理卻強(qiáng)調(diào)其模擬方面。我們從開(kāi)關(guān)、電源、電阻器和MOSFET開(kāi)始，介紹KCL、KVL應(yīng)用等內(nèi)容。本書(shū)表明，數(shù)字特性和模擬特性可通過(guò)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(jìn)的方式進(jìn)行： 從S模型，到SR模型，再到SCS模型和SU模型。 本書(shū)表明，可用非常簡(jiǎn)單的MOSFET模型對(duì)數(shù)字電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作進(jìn)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(jué)角度強(qiáng)調(diào)了暫態(tài)問(wèn)題的狀態(tài)變量觀點(diǎn)，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(jì)算機(jī)解。 能量和功率的問(wèn)題在模擬和數(shù)字電路中均進(jìn)行討論。 從數(shù)字領(lǐng)域中抽取大量VLSI的例子，這樣可強(qiáng)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(diǎn)后，本書(shū)為即將進(jìn)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(hào)處理、裝置制造等領(lǐng)域）或計(jì)算機(jī)工程專業(yè)（包括數(shù)字設(shè)計(jì)、體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯器和語(yǔ)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(jì)算機(jī)科學(xué)系。本書(shū)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(kāi)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(jiǎn)化復(fù)雜系統(tǒng)分析過(guò)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(gè)主要?jiǎng)訖C(jī)： 對(duì)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(duì)物理元件進(jìn)行建模。本章還討論了信息處理與信號(hào)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(lái)分析簡(jiǎn)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(jiǎn)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(gè)重要的簡(jiǎn)化，使得電氣工程師可解決創(chuàng)建大型系統(tǒng)所帶來(lái)的復(fù)雜問(wèn)題在本書(shū)和相關(guān)的教學(xué)計(jì)劃中如何引入數(shù)字抽象是讓作者頗費(fèi)苦心的問(wèn)題。我們認(rèn)為在此處引入數(shù)字抽象平衡了在教學(xué)計(jì)劃中盡早引入數(shù)字系統(tǒng)以激勵(lì)學(xué)生（尤其是通過(guò)實(shí)驗(yàn)）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(huì)議文章所倡導(dǎo)的更早地介紹數(shù)字系統(tǒng)，同時(shí)我們完全同意他關(guān)于需要包含一定程度數(shù)字設(shè)計(jì)的思想。。第6章介紹開(kāi)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(shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)。本章介紹了MOSFET的S（開(kāi)關(guān)）和SR（開(kāi)關(guān)電阻）模型，并用前面介紹的網(wǎng)絡(luò)分析方法分析簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電路。接下來(lái)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(kāi)關(guān)電流源）模型，并構(gòu)建了一個(gè)MOSFET放大器。第8章繼續(xù)進(jìn)行對(duì)小信號(hào)放大器的討論。第9章介紹了存儲(chǔ)元件，即電容和電感，討論了電容和電感模型對(duì)于高速設(shè)計(jì)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(chǔ)。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(shí)從時(shí)域觀點(diǎn)討論RLC電路的諧振特性。第13章討論動(dòng)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(jì)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(diǎn)分析諧振電路。第15章介紹了運(yùn)算放大器，將其作為模擬設(shè)計(jì)中應(yīng)用抽象概念的重要例子。第16章討論二極管和簡(jiǎn)單二極管電路。本書(shū)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(jìn)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(shí)選修微分方程課程時(shí)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(lái)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(yùn)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(hào)放大器），第13章（正弦穩(wěn)態(tài)和濾波器），第15章（運(yùn)算放大器抽象）和第16章（二極管和功率電路）。網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)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(shū)。這些信息可通過(guò)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(lái)標(biāo)明這些小節(jié)和例題。 教師手冊(cè)。 對(duì)MIT OpenCourseWare網(wǎng)站的連接，從中可訪問(wèn)作者開(kāi)設(shè)的6.002電路與電子學(xué)課程。在該網(wǎng)站中包括：