方法本書可用作電氣工程或電氣工程與計算機科學專業(yè)第一門課程的教材，使學生在大學二年級完成從物理世界向電子和計算機世界的轉換。本書試圖實現(xiàn)兩個目的： 將電路和電子學以統(tǒng)一的、完整的方式來處理，并建立起電路與當今數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字化。電氣工程領域中大部分學生都將要進入與數字電子學或計算機系統(tǒng)相關的工業(yè)界或研究生階段，甚至那些繼續(xù)留在電氣工程核心領域的學生也受到了數字領域的深刻影響。由于更加強調數字領域，因此基礎電氣工程教學必須從兩個方面進行改變。首先，傳統(tǒng)的那種無視數字領域而講授電路和電子學的方法必須被強調數字和模擬領域共同的電路基礎的方法所取代。由于電路和電子學中大多數基本概念均可同時用于數字和模擬領域，這就意味著，我們首先要強調電路與電子學對數字系統(tǒng)的更為廣闊的影響，并借此來激勵學生。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字系統(tǒng)的學生來說并無興趣，但如果用相同的方法介紹由開關和電阻器構成的反相器連接到非理想容性導線時的開關行為，則會使人興趣盎然。類似地，我們可以用觀察帶有寄生效應的MOSFET反相器的行為來激發(fā)學生對二階RLC電路階躍響應的興趣。
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于電路和電子學的獨立課程。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絡，如電阻、電源、電容和電感。電子學討論無源元件和有源元件網絡，如MOS晶體管。雖然本書對電路與電子學進行了統(tǒng)一的處理，但也可以將其劃分為兩個學期連續(xù)的課程，一個強調電路，另一個強調電子學，二者的基礎內容相同。本書使用“抽象”的概念來試圖構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，從而可解決在創(chuàng)建有用的電氣系統(tǒng)所導致的復雜問題。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結合為一個整體，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）的討論限制在練習和例子中。此外，為了讓學生理解基本電路概念，而不是沉迷于特定的元件，本書在例子和練習中還介紹了若干抽象元件。我們相信這種方法可使學生學會用現(xiàn)有元件和以后發(fā)明的元件進行設計。最后，下面列出了本書與本領域相關書籍的其他區(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)一在模擬和數字設計中所進行的工程簡化。 本書更為強調數字領域。但我們對數字系統(tǒng)的處理卻強調其模擬方面。我們從開關、電源、電阻器和MOSFET開始，介紹KCL、KVL應用等內容。本書表明，數字特性和模擬特性可通過關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字電路中的應用相關。 從直覺角度強調了暫態(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絡的計算機解。 能量和功率的問題在模擬和數字電路中均進行討論。 從數字領域中抽取大量VLSI的例子，這樣可強調傳統(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)（包括數字和RF電路、通信、控制、信號處理、裝置制造等領域）或計算機工程專業(yè)（包括數字設計、體系結構、操作系統(tǒng)、編譯器和語言）的學生提供了足夠的基礎。MIT具有統(tǒng)一的電氣工程與計算機科學系。本書作為MIT關于電路與電子學入門課程的教材。該課程每學期均開設，每年有約500名學生選修。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，提供了電氣工程領域簡化復雜系統(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系。然后用KVL和KCL來分析簡單電阻網絡。本章還介紹了另一種有用的元件： 受控源。第3章給出了網絡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)所帶來的復雜問題在本書和相關的教學計劃中如何引入數字抽象是讓作者頗費苦心的問題。我們認為在此處引入數字抽象平衡了在教學計劃中盡早引入數字系統(tǒng)以激勵學生（尤其是通過實驗）的需求和介紹足夠的理論基礎從而使得學生能夠分析諸如組合邏輯這樣的數字電路的需求。需要指出，我們認為應比Tsividis在1998年ISCAS會議文章所倡導的更早地介紹數字系統(tǒng)，同時我們完全同意他關于需要包含一定程度數字設計的思想。。第6章介紹開關元件并描述數字邏輯單元是如何構造的。本章還介紹了用MOSFET晶體管實現(xiàn)的開關。本章介紹了MOSFET的S（開關）和SR（開關電阻）模型，并用前面介紹的網絡分析方法分析簡單的開關電路。接下來還討論了數字系統(tǒng)中的放大和噪聲容限的關系。第7章討論放大的概念。本章介紹了MOSFET的SCS（開關電流源）模型，并構建了一個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計的必要性。第10章討論網絡的一階暫態(tài)。本章還介紹了一階網絡的若干重要應用，如數字存儲。第11章討論數字系統(tǒng)的能量和功率，從而引入CMOS邏輯。第12章分析網絡的二階暫態(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的概念。本章將設計濾波器作為重要的激發(fā)學生興趣的應用。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，將其作為模擬設計中應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。本書還包含了關于三角函數、復數和求解線性代數方程的附錄，以幫助讀者復習和查閱。課程組織各章順序的排列是為了進行1或2學期完整的電路與電子學教學。一階和二階電路盡可能放到后面，使得學生在同時選修微分方程課程時可獲得更好的數學基礎。數字抽象盡可能早地介紹，以盡早地引起學生的興趣。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（網絡分析），第5章（數字抽象），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）。網絡補充材料我們收集了相當豐富的材料幫助學生和教師使用本書。這些信息可通過Morgan Kaufmann網站獲取： http://www.mkp.com/companions/1558607358。該網站包括： 附加的小節(jié)和例題，正文中用 www 的字樣來標明這些小節(jié)和例題。 教師手冊。 對MIT OpenCourseWare網站的連接，從中可訪問作者開設的6.002電路與電子學課程。在該網站中包括：