Wander's Whisper

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电路笔记

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替代定理

之前一直不能理解这个所谓显而易见不证自明的定理,现在终于理解了,故记录如下:

事实上对于一个电路在数学上可以这样理解: 考虑最一般的情况,将每个元件视为一条边,每个元件的两端视为顶点,此时建模为一张一般的图(不一定是简单的,但此时所有电路定理依然成立。)。假设其有NN个顶点,bb条边。而任何一个电路都可以这样被唯一地描述:

电路中的所有变量为每条边上的电流和电压,共2b2b个,KCLKCL方程有N1N-1个,KVLKVL方程有b(N1)b-(N-1)个,且每条支路的元件还会对其电压电流有一个约束(对于独立源可能是v=1,i=1v=1,i=1,对于电阻可能是v=Riv=Ri,对于受控电源可能是u=βiu=\beta i等),共bb个,则约束总共也是2b2b个。这唯一确定了一个电路(如果有解)。

从上面我们可以看到在某种意义上所有电路元件都是等价的,因为它们都对应了一个约束。所以我们当然可以把它们进行互换,只要保证最后的解相同。比如说我们把两端电压为uu的电阻换成一个电压为uu的独立电压源,此时整个电路依旧是2b个约束,且原来的解对替换后的电路依然成立,这自然就是合法的。再比如说把两端电压为uu,电流为ii的独立源换成R=u/iR=u/i的电阻,这也成立。

那这样换来换去有什么好处呢?

  • 比如原来电路只有一个独立源,但是我们把电阻换掉后就有两个独立源,这样就可以使用叠加定理等,比如下面这题(并不是我写的): alt text