特勒根定理,于1952年由伯纳德·特勒根提出,是
电路网络分析理论中最重要的理论之一。由特勒根定理可以推出电路
网络理论中大多数能量分布
定理和极值定理。特勒根定理给出了遵守
基尔霍夫电路定律的电路之间的一个简单关系。
特勒根定理适用于许多电路网络,只要该网络满足总
电流守恒(
基尔霍夫电流定律(KCL))且所有闭合回路
电压代数和为零(
基尔霍夫电压定律(KVL))。特勒根定理在分析电路和与电路相类似的复杂网络(如
神经系统、
代谢网络、管道网络与化工过程网络)中是一种常用的工具。
特勒根定理1明确反映了电路实际功率的守恒。但特勒根定理2曾仅仅被认为只有功率守恒的数学形式,却无法与实际电路对应,因此定理2也被称为“拟功率定理”。定理2后也被证明反映了电路
实际功率的守恒,并具有共轭性。
现讨论以
图G描述的一个有 b 条边和个节点的
网络。对于一个电路网络,边表示二端元器件,节点处为元件间的电气连接。对图中所有边设其两端电势差为,支路电流为()且均取关联参考方向。若所有的回路电压均满足KVL且节点电流都满足KCL,则有:
特勒根定理的应用十分广泛,适用于许多电路,无论其是否包含
非线性元件、是否是稳恒电路。而且对电流电压做线性变换不影响特勒根定理的成立,因为KCL与KVL不受线性变换影响。例如对电流电压取平均时或
拉普拉斯变换下特勒根定理仍然成立。特勒根定理的另一个常用推广是对
拓扑结构相同(关联
矩阵相同)的两个不同网络的支路电压和电流的积之和仍为零。即:
式中、是第一个网络的电流电压,、是第二个网络的电流电压。特勒根原理的这一推广可导出
二端口网络的许多性质。
特勒根定理还可以应用于生化过程的研究。类似
热力学不可逆的
动力学系统可以模拟为满足基尔霍夫定律的电路,再运用特勒根定理来研究反应网络的
拓扑结构(例如反应机理与代谢网络)。