无穷网络的等效电阻

1. 半无穷长梯形网络

(1)开端形

如图所示,由已知电阻r_1r_2r_3组成的无穷长梯形网络,求ab间的等效电阻R_{ab}.

连分式法:按照电阻的串联和并联公式可得:

R_{ab}=r_1+r_3+\frac{1}{\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_1+r_3+\frac{1}{\frac{1}{r_2}+\frac{1}{r_1+r_3+...}}}}
=r_1+r_3+\frac{1}{\frac{1}{r_2}+\frac{1}{R_{ab}}}
上式整理可得
R^2_{ab}-(r_1+r_3)R_{ab}-r_2(r_1+r_3)=0
R_{ab}=\frac{1}{2}[r_1+r_3+\sqrt{(r_1+r_3)(r_1+r_3+4r_2)}]

加节法:在上图的ab间再加一节,如下图所示. 由于网络是无穷长的,所以cd间的电阻R_{cd}与原R_{ab}无区别,即R_{cd}=R_{ab}. 因此,由串、并联公式可得:

R_{cd}=r_1+r_3+\frac{r_2R{ab}}{r_2+R_{ab}}=R_{ab}
R_{ab}=\frac{1}{2}[r_1+r_3+\sqrt{(r_1+r_3)(r_1+r_3+4r_2)}]

特殊情况讨论

a. 若网络中一边电阻为零,如r_3=0,则:

R_{ab}=\frac{1}{2}(r_1+\sqrt{r_1(r_1+4r_2)})

b. 若网络中两边电阻均为零,即r_1=r_3=0, 则

R=0

c. 若网络中三种电阻均相等,即r_1=r_2=r_3=r,则

R_{ab}=(\sqrt{3}+1)r

例题1 如图所示的无限网络中,每个电阻的阻值均为R,试求A、B两点间的电阻R_{AB}

R_{AB}\parallel R+R=R_{AB}

\frac{R_{AB}R}{R_{AB}+R}+R=R_{AB}

解得,R_{AB}=\frac{1+\sqrt{5}}{2}R

(2)闭端形

如上图所示,ab间加上r_2(或者是去掉r_1r_3),则形成闭端半无穷长梯形网络,则ab间电阻为

R_{ab}=\frac{1}{2}[\sqrt{(r_1+r_3)(r_1+r_3+4r_2)}-r_1-r_3]
r_1=r_2=r_3=r,则
R'_{ab}=(\sqrt{3}-1)r

2. 无穷长梯形网络

(1)中间缺口型

如图所示,两头都是无穷长,唯独中间网孔缺掉一个电阻r_2,则ef之间的等效电阻便等于两个开端形半无穷长梯形网络的等效电阻并联而成的电阻,即:
R_{ef}=\frac{1}{2}R=\frac{1}{4}[\sqrt{(r_1+r_3)(r_1+r_3+4r_2)}+r_1+r_3]

(2)旁边缺口型

如图所示,两头都是无穷长,唯独旁边缺一个电阻r_2,则fg之间的等效电阻为:
R_{fg}=r_1+2R'_{ab}=\sqrt{(r_1+r_3)(r_1+r_3+4r_2)}-r_3
式中R'_{ab}由前面的闭端形等效电阻给出.R'_{ab}=\frac{1}{2}[\sqrt{(r_1+r_3)(r_1+r_3+4r_2)}-r_1-r_3]

(3)完整型

如下图所示,完整形的无穷长梯形网络,网络gh之间的电阻实为中间缺口形等效电阻R_{ef}r_2的并联电阻,即:

R_{gh}=\frac{r_2R_{ef}}{r_2+R_{ef}}=r_2\sqrt{\frac{r_1+r_3}{r_1+r_3+4r_2}}
式中R_{ef} 由前面的中间缺口形等效电阻R_{ef}=\frac{1}{4}[\sqrt{(r_1+r_3)(r_1+r_3+4r_2)}+r_1+r_3]式给出.
同理,网络hj间的等效电阻为:
R_{hj}=\frac{r_3R_{fg}}{r_3+R_{fg}}=r_3[1-\frac{r_3}{\sqrt{(r_1+r_3)(r_1+r_3+4r_2)}}]
式中R_{fg}=\sqrt{(r_1+r_3)(r_1+r_3+4r_2)}-r_3,由前面的旁边缺口形的等效电阻给出.

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