Но почему трансформер? Почему бы не использовать мостовой выпрямитель для получения постоянного тока, сгладить любые пульсации с помощью колпачка, добавить регулятор напряжения ... скажем, 7812 в этом случае.

Ну, во-первых, 120 В выше максимального входного напряжения, указанного в техническом описании 7812.

Однако, скажем, мы нашли или построили линейный стабилизатор напряжения, аналогичный 7812, но выдерживающий такое входное напряжение. Почему не это?

Для всех линейных стабилизаторов напряжения входной ток равен выходному току, если не принимать во внимание очень малый ток для работы самого регулятора. Это потому, что они работают, эффективно регулируя сопротивление для поддержания желаемого выходного напряжения.

Помните, что резистор с током через него также будет иметь напряжение на нем в соответствии с законом Ома:$E = IR$. Таким образом, независимо от того, какой ток требуется нагрузке для расчетного выходного напряжения, регулятор напряжения эффективно регулирует$R$такой, что$E$это разница между входным и выходным напряжениями.

Таким образом, для входа 120 В и выхода 12 В напряжение на стабилизаторе будет 108 В.

Помните также, что электрическая мощность является произведением напряжения и силы тока:$P=IE$. Для регулятора напряжения,$E=108\text{V}$как указано выше.$I$будет определяться нагрузкой.

Допустим, у нас довольно маленькая загрузка, и$I=10\text{mA}$. Тогда электрическая мощность в регуляторе напряжения$P=10\text{mA} \cdot 108\text{V} = 1.08\text{W}$. Мало того, что этот регулятор напряжения уже довольно сильно нагревается, он еще и ужасно неэффективен. Мощность в нагрузке только$10\text{mA} \cdot 12\text{V} = 0.12\text{W}$:

Эта неэффективность может быть приемлемой для очень маломощных нагрузок, когда тепло более управляемо, а стоимость подводимой энергии является доступной. Тем не менее, 10 мА недостаточно даже для того, чтобы ваш типичный светодиодный индикатор загорелся до полной номинальной яркости, поэтому для большинства случаев линейный регулятор просто невозможен.

Решение состоит в том, чтобы использовать трансформатор или использовать нелинейный регулятор напряжения, например, понижающий преобразователь . С помощью этих методов можно преобразовывать напряжения со 100% эффективностью (при идеальных компонентах).

Между прочим, простота проделывания этого с переменным током и трансформаторами является причиной того, что Эдисон оказался придурком и проиграл Войну токов .

Но почему трансформер? Почему бы не использовать мостовой выпрямитель для получения постоянного тока, сгладить любые пульсации с помощью колпачка, добавить регулятор напряжения ... скажем, 7812 в этом случае.

Как вы и подозревали, вы получите тонну тепла.
120 В переменного тока, выпрямленное с полным мостом, даст около 120 В * 1,414 -1,4 В = 168 В.
Предполагая, что вы разработаете схему линейного регулятора, которая может принимать это постоянное напряжение для вывода 12 В (7812 имеет максимальное входное напряжение 35 В), избыточное напряжение, умноженное на выходной ток, будет рассеиваться в виде тепла.

Например, для тока нагрузки 0,5 А рассеиваемая мощность будет

Это много тепла, кроме того, эффективность блока питания будет очень плохой, входная мощность составляет 168 В * 0,5 А = 84 Вт, а выходная мощность 12 В * 0,5 А = 6 Вт, что составляет около 7%!
Типичный трансформатор имеет КПД около 98%, он будет снижен в зависимости от понижающей схемы, подключенной к выходу трансформатора, но общий КПД будет как минимум в 10 раз лучше.

Дополнительным недостатком типа питания, который вы предлагаете без трансформатора, является то, что он не имеет изоляции от сети, поэтому очень опасно, если вы соприкоснетесь с выходными проводами, это может быть смертельно опасным.

Трансформаторы преобразуют только переменное напряжение ( http://en.wikipedia.org/wiki/Transformer ). Например, трансформатор может уменьшить 120 В переменного тока до 12 В переменного тока. Они не могут преобразовать напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.

Упомянутый вами настенный «трансформатор» на самом деле является нерегулируемым или, возможно, регулируемым источником питания. Самые простые/дешевые — это трансформатор, диодный мост и конденсатор. Более дорогие настенные «трансформаторы» могут регулироваться, но обычно они представляют собой более сложный импульсный источник питания ( http://en.wikipedia.org/wiki/Switching_power_supply ).

Безопасность прежде всего!

В то время как все, кажется, в первую очередь беспокоятся об эффективности, позвольте мне сначала побеспокоиться о вашей физической безопасности.

Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку от сети (конечно, при правильном подключении), а выпрямитель - нет. При использовании выпрямителя/регулятора вы случайно коснетесь одного из проводов, вас укусят или укусят, и это может быть очень тяжело, даже смертельно, если немного не повезет.

Например, когда вы используете метод выпрямителя/регулятора для питания небольшого транзисторного радиоприемника, вы должны понимать, что корпус часто не рассчитан на сетевое напряжение. Это означает, что при держании этого радиоприемника в руках вы можете получить удар током через корпус!

Если вы все еще беспокоитесь об эффективности после того , как беспокоитесь о своем здоровье, то поймите, что ваш регулятор будет рассеивать$\dfrac{120-12}{12}\cdot 100\% = 900\%$больше мощности, чем подключенное устройство.

Я думаю, вам понадобится схема регулирования и в случае с трансформатором.

Трансформатор по своей природе индуцирует напряжение во вторичной обмотке, пропорциональное напряжению, подаваемому на первичную обмотку, в зависимости от соотношения витков. Но это также означает, что он не обеспечивает особой защиты от скачков напряжения, за исключением изоляции цепей. Я имею в виду, что если ваше устройство предназначено для работы при 12 В постоянного тока, а не при 13 В постоянного тока (хотя это было бы очень несправедливым устройством), трансформатор будет индуцировать напряжение, пропорциональное импульсному напряжению, которое может быть больше, чем 13 В постоянного тока. Это нехорошее регулирование.

Следующим этапом снова будет мостовой выпрямитель, работающий на 12 В постоянного тока. Это снова не регулируемый выход и не хороший постоянный ток, поскольку он содержит много пульсаций. Чтобы уменьшить пульсации и, следовательно, уменьшить компонент переменного тока на выходе, мы используем фильтры (обычно 3- или 4-ступенчатый RC- или Pi-фильтр). Опять же, выход этой схемы зависит от входа. Если будет всплеск, мы все равно обречены. Итак, мы добавляем регулировку напряжения, что означает, что я собираюсь подавать постоянное напряжение 12 В постоянного тока, даже если подаваемое напряжение больше этого (т.е. скачок напряжения). Проще говоря, это был бы стабилитрон, но это мог бы быть и транзистор или операционный усилитель, если необходимо улучшить характеристики рассеивания мощности и добавить другие навороты.

Я надеюсь, что это отвечает на эту часть:

Почему один метод предпочтительнее другого?

Сейчас:

С одной стороны, я бы купил настенный трансформатор, выдающий 12 В постоянного тока, и покончил с этим.

Но почему трансформер? Почему бы не использовать мостовой выпрямитель для получения постоянного тока, сгладить любые пульсации с помощью колпачка, добавить регулятор напряжения ... скажем, 7812 в этом случае.

У нас здесь нет Walmarts, но дешевые адаптеры постоянного тока, которые мы получаем здесь, содержат понижающий трансформатор, мостовой выпрямитель и одноступенчатый RC-фильтр, и в лучшем случае диод на выходных клеммах, который может быть в значительной степени тем, что вам нужно. Как выглядит адаптер Walmart?