Aber warum ein Transformator? Warum nicht einen Brückengleichrichter verwenden, um Gleichstrom zu erhalten, etwaige Welligkeiten mit einer Kappe glätten, einen Spannungsregler einwerfen ... sagen wir in diesem Fall einen 7812.

Zum einen liegen 120 V über der im Datenblatt des 7812 angegebenen maximalen Eingangsspannung.

Nehmen wir jedoch an, wir finden oder bauen einen linearen Spannungsregler ähnlich dem 7812, könnten aber mit einer solchen Eingangsspannung umgehen. Warum das nicht?

Für alle linearen Spannungsregler gilt, dass der Eingangsstrom gleich dem Ausgangsstrom ist, wobei ein sehr kleiner Strom für den Betrieb des Reglers selbst vernachlässigt wird. Dies liegt daran, dass sie funktionieren, indem sie einen Widerstand effektiv anpassen, um die gewünschte Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten.

Denken Sie daran, dass an einem Widerstand, durch den ein Strom fließt, gemäß dem Ohmschen Gesetz auch eine Spannung anliegt:$E = IR$. Für welchen Strom auch immer die Last benötigt, um die vorgesehene Ausgangsspannung zu haben, passt sich der Spannungsregler effektiv an$R$so dass$E$ist die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung.

Bei einem 120-V-Eingang und einem 12-V-Ausgang beträgt die Spannung am Regler somit 108 V.

Denken Sie auch daran, dass elektrische Leistung das Produkt aus Spannung und Strom ist:$P=IE$. Für den Spannungsregler$E=108\text{V}$wie oben.$I$wird durch die Belastung bestimmt.

Nehmen wir an, wir haben eine ziemlich kleine Ladung, und$I=10\text{mA}$. Die elektrische Leistung im Spannungsregler ist dann$P=10\text{mA} \cdot 108\text{V} = 1.08\text{W}$. Dieser Spannungsregler wird nicht nur schon ziemlich heiß, er ist auch schrecklich ineffizient. Die Leistung in der Last ist nur$10\text{mA} \cdot 12\text{V} = 0.12\text{W}$:

Diese Ineffizienz kann für Lasten mit sehr geringer Leistung akzeptabel sein, bei denen die Wärme besser handhabbar und die Kosten der Eingangsenergie erschwinglich sind. 10 mA reichen jedoch nicht einmal aus, um Ihre typische Anzeige-LED mit voller Nennhelligkeit zu beleuchten, sodass ein Linearregler für die meisten Dinge einfach nicht machbar ist.

Die Lösung besteht darin, einen Transformator oder einen nichtlinearen Spannungsregler wie einen Abwärtswandler zu verwenden . Mit diesen Methoden ist es möglich, Spannungen mit (bei idealen Bauteilen) 100% Wirkungsgrad zu wandeln.

Übrigens ist die Leichtigkeit, dies mit Wechselstrom und Transformatoren zu tun, der Grund, warum Edison ein Idiot ist und den Krieg der Ströme verloren hat .

Aber warum ein Transformator? Warum nicht einen Brückengleichrichter verwenden, um Gleichstrom zu erhalten, etwaige Welligkeiten mit einer Kappe glätten, einen Spannungsregler einwerfen ... sagen wir in diesem Fall einen 7812.

Wie Sie vermutet haben, werden Sie eine Menge Hitze bekommen.
120 V Wechselstrom gleichgerichtet mit einer Vollbrücke ergeben etwa 120 V * 1,414 -1,4 V = 168 V.
Angenommen, Sie entwerfen eine lineare Reglerschaltung, die diese Gleichspannung akzeptieren kann, um 12 V auszugeben (7812 hat einen Eingang von maximal 35 V), würde die mit dem Ausgangsstrom multiplizierte Überspannung als Wärme abgeführt.

Als Beispiel für 0,5A Laststrom wäre die Verlustleistung

Das ist eine Menge Wärme, außerdem wäre der Wirkungsgrad des Netzteils sehr schlecht, die Eingangsleistung beträgt 168 V * 0,5 A = 84 W und die Ausgangsleistung 12 V * 0,5 A = 6 W, das sind etwa 7%!
Ein typischer Transformator hat einen Wirkungsgrad von etwa 98 %, dieser wird je nach der an den Ausgang des Transformators angeschlossenen Abwärtsschaltung reduziert, aber der Gesamtwirkungsgrad wäre mindestens 10-mal besser.

Ein weiterer Nachteil der von Ihnen vorgeschlagenen Art der Versorgung ohne Transformator besteht darin, dass sie keine Netzisolierung hat, sodass es sehr gefährlich ist, wenn Sie mit den Ausgangskabeln in Kontakt kommen, da dies potenziell tödlich sein kann.

Transformatoren transformieren nur Wechselspannungen ( http://en.wikipedia.org/wiki/Transformer ). Beispielsweise kann ein Transformator 120 VAC auf 12 VAC reduzieren. Sie können Wechselspannung nicht in Gleichspannung umwandeln.

Der von Ihnen erwähnte Wandwarzen- "Transformator" ist eigentlich ein ungeregeltes oder vielleicht ein geregeltes Netzteil. Die einfachsten/billigsten sind nur ein Transformator, eine Diodenbrücke und ein Kondensator. Teurere Wandwarzen-"Transformatoren" könnten reguliert werden, aber sie sind typischerweise ein komplexeres Schaltnetzteil ( http://en.wikipedia.org/wiki/Switching_power_supply ).

Sicherheit zuerst!

Während sich jeder zuerst um die Effizienz zu sorgen scheint, gestatten Sie mir, mich zuerst um Ihre körperliche Sicherheit zu kümmern.

Ein Transformator bringt eine galvanische Trennung vom Netz (natürlich bei richtigem Anschluss), ein Gleichrichter nicht. Wenn Sie einen Gleichrichter/Regler verwenden und versehentlich eine der Leitungen berühren, werden Sie gezappt/gebissen und möglicherweise sehr hart, sogar tödlich, wenn Sie etwas Pech haben.

Wenn Sie beispielsweise ein kleines Transistorradio mit Gleichrichter/Regler-Methode betreiben, müssen Sie beachten, dass das Gehäuse häufig nicht für Netzspannungen ausgelegt ist. Das bedeutet, dass Sie beim Halten dieses Radios durch das Gehäuse einen Stromschlag erhalten können!

Wenn Sie sich immer noch Sorgen um die Effizienz machen, nachdem Sie sich Sorgen um Ihre Gesundheit gemacht haben, dann machen Sie sich bewusst, dass Ihr Atemregler nachlassen wird$\dfrac{120-12}{12}\cdot 100\% = 900\%$mehr Leistung als das angeschlossene Gerät.

Ich denke, Sie benötigen auch beim Transformator einen Regelkreis.

Der Transformator induziert naturgemäß eine Spannung in die Sekundärseite, die abhängig vom Windungsverhältnis proportional zu der an der Primärseite gelieferten Spannung ist. Dies bedeutet aber auch, dass es außer der Isolierung von Stromkreisen nicht viel Schutz vor Überspannungen bietet. Was ich damit meine ist, wenn Ihr Gerät für den Betrieb mit 12 VDC und nicht mit 13 VDC ausgelegt ist (obwohl dies ein sehr unfaires Gerät wäre), würde der Transformator eine Spannung induzieren, die proportional zur Stoßspannung ist, die etwas größer sein könnte als 13 VDC. Das ist keine gute Regulierung.

Die nächste Stufe wäre wieder ein Brückengleichrichter, der um 12 VDC arbeitet. Dies ist wiederum kein geregelter Ausgang und auch kein guter Gleichstrom, da er viele Wellen enthält. Um die Welligkeit zu reduzieren und damit die AC-Komponente im Ausgang zu verringern, verwenden wir Filter (normalerweise ein 3- oder 4-stufiger RC- oder Pi-Filter). Auch hier ist der Ausgang dieser Schaltung vom Eingang abhängig. Wenn es einen Anstieg gibt, sind wir immer noch dem Untergang geweiht. Wir fügen also eine Spannungsregelung hinzu, was bedeutet, dass ich eine konstante Spannung von 12 VDC liefern werde, selbst wenn die zugeführte Spannung höher ist (dh Überspannung). Und am einfachsten wäre es ein Zener, aber es könnte ein Transistor oder ein Operationsverstärker sein, wenn die Verlustleistungseigenschaften verbessert und andere Schnickschnack hinzugefügt werden sollen.

Ich hoffe, das beantwortet diesen Teil:

Warum wird eine Methode der anderen vorgezogen?

Jetzt:

Einerseits würde ich mir einen Wandtransformator besorgen, der 12 VDC ausgibt, und damit fertig sein.

Aber warum ein Transformator? Warum nicht einen Brückengleichrichter verwenden, um Gleichstrom zu erhalten, etwaige Welligkeiten mit einer Kappe glätten, einen Spannungsregler einwerfen ... sagen wir in diesem Fall einen 7812.

Wir haben hier keine Walmarts, aber die billigen DC-Adapter, die wir hier bekommen, enthalten einen Abwärtstransformator, einen Brückengleichrichter und einen einstufigen RC-Filter und bestenfalls eine Diode über den Ausgangsanschlüssen, die ziemlich genau das sein könnte, was Sie wollen Walmart-Adapter sieht aus?