Sierpinski电阻网络的等效电阻

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-37-1 Sierpinski电阻网络的简化思路对Sierpinski电阻网络等效电阻计算式的推导,可以使学生对分数维概念有一个很好的感性认识。但文献多是利用电路

的串、并联知识,和Δ-Y等效变换来分析[1][2],其过程如图一所

示。

图 一

其目的是将图一(a)变为图一(c),但是其中间步

骤的物理思想不够明确直观。

仔细观察图Sierpinski电阻网络的生长过程(图二所

示),很容易发现,只要能让第一次生长的图形变为原始图

形三角形,就很容易求出其等效电阻。而让其变回三角形,Sierpinski电阻网络的等效电阻

宫德龙 吴永辉 河南大学基础实验教学中心 475004

The equivalent resistance of a Sierpinski resistor network

 Gong Delong Wu Yonghui

Basic experiment & teaching center,Henan University,Kaifeng ,Henan,475004

摘 要

求出了多节点的星形-网形变换公式,用其计算了Sierpinski电阻网

络的等效电阻。与文献[1,2]相比,思路更为直观简洁。

关键词

星形-网形变换;等效电阻;电阻网络

分类号:O441.1

Abstract

The conversion equations of a resistance star-like network to a meshed net-

work with multiple nodes was derived.With these equations ,the equivalent

resistance of a Sierpinski resistor net was calculated.compared with the methods

proposed in [1,2], our method is more pithy.

Key words

star-mesh transformation; equivalent resistance; resistor network只需要去除结点a、b和c。

图 二

去除这三个结点,我们需要考究一个问题就是如何将一个

由5个结点组成的星形网络变为一网形网络(去除中心结点)。

2 多节点星形-网形变换

参照文献[3]关于Y-△变换的求解方法,我们对于5个节点

的星形网络求解如下:

图三 星形-网形变化示意图

对于网形连接电路,电阻中电流为

对于星形连接电路,根据KCL和KVL得出其端子电压电流

关系方程为:-38-中国科技信息2009年第8期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2009基础及前沿研究

由于不论U12、U13等电压为何值,两个等效电路对应的端子电流均相等,故上式

与(1)式中对应电压前面的系数应该对应的相等,于是可以得到:

 (2)

(2)式即为5节点星形-网形变换公式。从式中可以看出,与0点相连的结点在变换

后两两之间都有电阻。

对于图二(b)的网络,我们利用(2)式依次去除abc三个节点(变换中产生并联部

分直接求解),即可将其变回原始图二(a)。

对于文献[4]提到的n级嵌套的三角形电阻网络,用本文的方法也是非常方便的。

3结论

等效电阻计算的要点就是减少电路的节点数,抓住这一点,就能让解决问题的思路

得到简化。本文的方法用于文献[1,2,4]的问题处理,都会使思路更加直观。

参考文献

[1] 过祥龙,张毓麟.Sierpinski电阻网络等效电阻的研究.大学物理.1997,16(4):8-

10

[2] 郭慧丽.Sierpinski 变形电阻网络等效阻值的研究.甘肃高师学报.2001,6(2):27-

28

[3] 邱关源.电路(第四版).北京:高等教育出版社.1999:36-37

[4] 李建新.一类n级嵌套的三角形电阻网络的研究,安阳工学院学报.2005,13:58-

60变量,pi为圆周率常量,arr1、arr2为

数组。

程序运行后,首先是编写表达式,然

后是导入变量数据和数组数据到数据源

中,然后是表达式解析和计算。表达式解

析结果如图4。

在解析和计算过程中,如果表达式中

出现不合法的字符或字符串,会给出警告

信息,比如把上述表达式中的sin函数名

称改为son后:arr1+son(pi/6)*a+max

(arr2)。

错误提示为:

[Error] Position(6): Function ‘son’

is undeclared.

出现错误提示后,应该根据提示信息

进行表达式修正或者数据源修正。

由于表达式中含有数组变量,而且数

组变量arr1是作为运算符‘+’的操作

数,即数组的每一个元素都需要与‘+’

的其他操作数进行计算,所以表达式的计

算结果也是数组形式,且数组长度和arr1

相同。本例中变量a=1。数组数据和计算

结果见表2。

表2 数组和计算结果

4 结论

本文介绍一种复杂表达式解析和计算

的方法,并在Delphi 7.0上实现了该方

法。此方法实现了表达式解析和计算的分

离,提供了类似“编译”的错误处理机制,

能够提前获知表达式中存在的错误;此方

法能够处理包含常数,常量,变量,数组,

函数的表达式,在数据分析中具有一定的

实用性。

参考文献

[1] 殷人昆,陶永雷等.数据结构(用面向

对象方法与C++描述).清华大学出版社.

1999.

[2] 李冬梅,施海虎. 编译原理. 人民邮电

出版社. 2006上接第36页