时不常会看到这样的电阻网络问题, 虽然没有实际应用,但令人琢磨起来还是蛮有意思的。下面是12个10k欧姆的电阻焊接成电阻立方体网络。 问题是求A-H 之间的电阻。
当所有的电阻都相同的时候, 如果在A,H 两端施加电压, 那么D,E,C,F 这四个点都应该是A,H之间的中间电位, 所以连接在C,D 以及E,F 之间的电阻可以是省略。电路则可以简化成下面右边电路网络形式。
不难分析, 最终A-H 之间的电阻应该是单个电阻的四分之三。如果单个电阻为10kΩ,那么A-H 之间的电阻为应该是7.5kΩ。
实际上,这个电阻网络总共有八个顶点, 任意两者之间都存在阻抗。如果询问那两点的阻抗最大, 估计大多数人都会承认,应该是立方体的对角线,比如A-G , 之间的电阻最大。那么A-G 之间的电阻有多大呢?
Don Cross 在他的博客 Cubical Resistor Network[1] 对于这个问题进行了讨论。他假设在立方体对角线施加1V 激励电压, 通过分析格点之间的对称性和等效电阻, 最终他得到立方体对角线的电阻等于单个电阻的六分之五。
有趣的是,他还使用了实际电阻进行了测试, 并且测量出网络中所有节点之间的电阻。
经过测量, 可以看到整个网络各节点之间的电阻总共分为三类:
估计上述电阻网络等效电阻计算还是课程心算出来的, 在 Infinite 2D square grid of resistors[2] 中给出了一个询问无穷范围中的二维电阻网络中,两个对角线之间的电阻问题。
求解的方法中居然还是用到外傅里叶变换 的公示, 这一点的确让我破防了。上述无穷二维电阻网络中,对角线节点之间的电阻居然是 !
Cubical Resistor Network: http://cosinekitty.com/resistor_cube.html
[2]Infinite 2D square grid of resistors: https://sites.google.com/site/resistorgrid/node2