Как компьютер считает схему: метод узловых потенциалов
Компьютер не ищет последовательные и параллельные участки, как мы на бумаге. Он поступает проще и надежнее. Один узел, обычно минус источника, объявляет нулем. Для каждого другого узла записывает первый закон Кирхгофа, а ток каждой ветви выражает через потенциалы ее концов по закону Ома: I = (φ1 − φ2) / R.
Возьмем схему на рисунке. Плюс батареи держит узел 1 под потенциалом 12 В, неизвестен только φ2. Токи, вытекающие из узла 2: (φ2 − 12)/4 + φ2/6 + φ2/12 = 0. Отсюда 0,5 · φ2 = 3 и φ2 = 6 В. Теперь все токи известны: I1 = 6/4 = 1,5 А, I2 = 6/6 = 1 А, I3 = 6/12 = 0,5 А, и 1,5 = 1 + 0,5, как требует Кирхгоф.
В большой схеме таких уравнений десятки. Их записывают таблицей, матрицей проводимостей G, и решают систему G · φ = J методом Гаусса. Ток каждого источника напряжения добавляют как еще одну неизвестную. Выключатель, реле и предохранитель меняют саму матрицу, поэтому конструктор решает систему, проверяет, не притянулось ли реле и не сгорел ли предохранитель, и решает снова.