4·25

核心:沿网孔 kkk 走一圈,填第 kkk 行

KVL 的记账方式

沿网孔 kk 顺时针走一圈。左边累加电阻上的电压降(顺着行走方向),右边累加电压源的电压升。KVL:一圈下来升 = 降。

  1. 电阻上的电压降 = R×R \times(沿行走方向流过它的电流)。电阻只在网孔 kk 上:电流是 iki_k,电压降 R ikR\,i_k。电阻是 kk、jj 共用:电流是 ik−iji_k - i_j,电压降 R ik−R ijR\,i_k - R\,i_j。
  2. 电压源:从它的 − 端走到 + 端,电位升高 VV,右边记 +V+V;从 + 端走到 − 端,右边记 −V-V。和电流方向无关,只看你走进哪个端子。

于是每遇到一个元件,就往表里加一笔

走到的元件对第 kk 行的贡献来自哪
电阻 RR,只属于网孔 kkZkkZ_{kk} 加 RR电压降 R ikR\,i_k
电阻 RR,和网孔 jj 共用ZkkZ_{kk} 加 RR,ZkjZ_{kj} 加 −R-R电压降 R ik−R ijR\,i_k - R\,i_j
电压源 VV,− 进 + 出vs,kv_{s,k} 加 +V+V电压升
电压源 VV,+ 进 − 出vs,kv_{s,k} 加 −V-V电压降,移到右边变号
导线什么都不加电压降 0
电流源停!不能直接填它的电压未知,见第 6 节

走完一圈,加起来就是:

网孔法观察规则

ZkkZ_{kk} = 网孔 kk 一圈上所有电阻之和(共用的也算)。

ZkjZ_{kj}(j≠kj\ne k)= −(网孔 kk 与 jj 共用的电阻之和)。没共用电阻就是 0。

vs,kv_{s,k} = 顺时针走网孔 kk 时电压源的升高之和。

同一个共用电阻同时出现在第 kk 行和第 jj 行,都是 −R-R,所以 Zkj=ZjkZ_{kj} = Z_{jk},矩阵对称(没有受控源时)。

另一个角度:每一列是一次"拨动实验"

让 ij=1i_j = 1 A,其它网孔电流全为 0。沿网孔 kk 顺时针走一圈的总电压降,就是 ZkjZ_{kj}。

j=kj = k:网孔 kk 一圈的每个电阻都顺着行走方向流 1 A,总电压降 = 电阻之和。

j≠kj \ne k:只有共用电阻上有电流,并且方向跟网孔 kk 的行走方向相反,所以电压降是 −R-R。