Pero ¿por qué un transformador? ¿Por qué no usar un puente rectificador para obtener CC, suavizar cualquier ondulación con una tapa, un tiro en un regulador de voltaje ... digamos un 7812 en este caso?

Bueno, para uno, 120 V está por encima del voltaje de entrada máximo especificado en la hoja de datos 7812.

Sin embargo, digamos que encontramos o construimos un regulador de voltaje lineal similar al 7812, pero podría manejar dicha entrada voltaje. ¿Por qué no eso?

Es cierto para todos los reguladores de voltaje lineal que la corriente de entrada es igual a la corriente de salida, descuidando una corriente muy pequeña para el funcionamiento del regulador en sí. Esto se debe a que funcionan ajustando efectivamente una resistencia para mantener el voltaje de salida deseado.

Recuerde que una resistencia con una corriente a través de ella también tendrá un voltaje a lo largo de la misma según la ley de Ohm: \ $ E = IR \ $. Por lo tanto, para cualquier corriente que requiera la carga para tener el voltaje de salida diseñado, el regulador de voltaje ajusta de manera efectiva \ $ R \ $ de tal manera que \ $ E \ $ es la diferencia entre los voltajes de entrada y de salida.

Por lo tanto, para una entrada de 120 V y una salida de 12 V, el voltaje a través del regulador será de 108 V.

Recuerde también que la energía eléctrica es el producto del voltaje y la corriente: \ $ P = IE \ $. Para el regulador de voltaje, \ $ E = 108 \ texto {V} \ $ como arriba. \ $ I \ $ será determinado por la carga.

Digamos que tenemos una carga bastante pequeña, y \ $ I = 10 \ text {mA} \ $. La potencia eléctrica en el regulador de voltaje es entonces \ $ P = 10 \ text {mA} \ cdot 108 \ text {V} = 1.08 \ text {W} \ $. Este regulador de voltaje no solo se está calentando mucho, sino que es terriblemente ineficiente. El poder en la carga es solo \ $ 10 \ text {mA} \ cdot 12 \ text {V} = 0.12 \ text {W} \ $:

$$ \ frac {0.12 \ text {W}} {1.08 \ text {W} + 0.12 \ text {W}} = 10 \ text {% eficiente} $$

Esta ineficiencia podría ser aceptable para cargas de muy baja potencia donde el calor es más manejable y el costo de la energía de entrada es asequible. Sin embargo, 10mA ni siquiera es suficiente para encender su indicador LED típico para obtener un brillo máximo, por lo que para la mayoría de las cosas, un regulador lineal simplemente no es factible.

La solución es usar un transformador, o usar un regulador de voltaje no lineal, como un convertidor buck . Con estos métodos es posible convertir voltajes con (con los componentes ideales dados) 100% de eficiencia.

Por cierto, la facilidad de hacer esto con AC y transformadores es la razón por la que Edison es un imbécil y perdió el War of Currents .

  

Pero ¿por qué un transformador? ¿Por qué no usar un puente rectificador para obtener CC, suavizar cualquier ondulación con una tapa, un tiro en un regulador de voltaje ... digamos un 7812 en este caso?

Como usted sospechó, recibirá una tonelada de calor.
120 VCA rectificada con un puente completo resultará en aproximadamente 120 V * 1.414 -1.4 V = 168 V.
Suponiendo que diseñará un circuito regulador lineal que pueda aceptar este voltaje de CC para generar 12v (7812 tiene un máximo de 35v de entrada), el exceso de voltaje multiplicado con la corriente de salida se disipará como calor.

Como ejemplo de una corriente de carga de 0.5A, la potencia disipada sería

$$ P = V \ times I = (168v-12v) \ times 0.5A = 78w $$

Eso es mucho calor, además, la eficiencia de la fuente de alimentación sería muy mala, la potencia de entrada es 168v * 0.5A = 84w y la potencia de salida 12v * 0.5A = 6W, que es aproximadamente el 7%. < br> Un transformador típico tiene una eficiencia de aproximadamente el 98%, esto se reducirá dependiendo del circuito reductor conectado a la salida del transformador, pero la eficiencia general sería al menos 10 veces mejor.

Una desventaja adicional del tipo de suministro que sugiere sin un transformador, es que no tiene aislamiento de la red, por lo que es muy peligroso si se pone en contacto con los cables de salida, puede ser potencialmente letal.

Los transformadores solo transforman los voltajes de CA ( enlace ). Por ejemplo, un transformador puede reducir 120 VAC a 12 VAC. No pueden transformar la tensión alterna en tensión continua.

El "transformador" de la verruga de la pared que usted menciona es en realidad una fuente de alimentación no regulada, o quizás regulada. Los más simples / más baratos son solo un transformador, un puente de diodo y un capacitor. Los "transformadores" más costosos de wall-wart pueden ser regulados, pero generalmente son una fuente de alimentación de conmutación más compleja ( enlace ).

¡La seguridad es lo primero!

Aunque todo el mundo parece preocuparse primero por la eficiencia, permítame preocuparme primero por su seguridad física.

Un transformador trae separación galvánica de la red eléctrica (por supuesto, cuando está correctamente conectado), un rectificador no lo hace. Al usar un rectificador / regulador y accidentalmente tocas uno de los cables, obtendrás un toque / mordido y potencialmente muy duro, incluso letal cuando hay un poco de mala suerte.

Cuando, por ejemplo, se utiliza el método del rectificador / regulador para alimentar una radio de transistor pequeña, debe darse cuenta de que la carcasa a menudo no está clasificada para voltajes de red. ¡Esto significa que cuando tenga esta radio en sus manos, puede recibir una descarga eléctrica a través de la carcasa!

Si aún se preocupa por la eficiencia después de preocuparse por su salud, entonces tenga en cuenta que su regulador disipará alrededor de \ $ \ dfrac {120-12} {12} \ cdot 100 \% = 900 \% \ $ más potencia que el dispositivo conectado.

Creo que también necesitarás un circuito de regulación en el caso del transformador.

El transformador, por su propia naturaleza, induce voltaje en el secundario, que es proporcional al suministrado en el primario, según la relación de vueltas. Pero esto también significa que no ofrece mucha protección contra sobretensiones a excepción del aislamiento de los circuitos. Lo que quiero decir es que, si su dispositivo está diseñado para funcionar a 12 VCC y no a 13 VCC (aunque sería un dispositivo muy injusto), el transformador induciría una tensión proporcional a la sobretensión que podría ser algo mayor que 13 VDC. Esto no es una buena regulación.

La siguiente etapa sería nuevamente un puente rectificador que funcione alrededor de 12VDC. De nuevo, esto no es una salida regulada, ni es un buen DC, ya que contiene muchas ondulaciones. Para reducir las ondulaciones y, por lo tanto, disminuir el componente de CA en la salida, usamos filtros (generalmente un filtro de 3 o 4 etapas RC o Pi). Una vez más, la salida de este circuito depende de la entrada. Si hay una oleada, todavía estamos condenados. Por lo tanto, agregamos regulación de voltaje, lo que significa que voy a suministrar un voltaje constante de 12 VCC incluso si el voltaje que se suministra es más que eso (es decir, sobretensión). Y, lo que es más simple, sería un Zener, pero podría ser un Transistor o un Opamp si las propiedades de disipación de potencia se mejoran y se agregan otras alarmas.

Espero que esto responda a esta parte:

  

¿Por qué se prefiere un método sobre el otro?

Ahora:

  

Por un lado, me conseguiría un transformador de verrugas de pared que emite 12 VCC y se acabaría con él.

     

Pero ¿por qué un transformador? ¿Por qué no usar un puente rectificador para obtener CC, suavizar cualquier ondulación con una tapa, un tiro en un regulador de voltaje ... digamos un 7812 en este caso?

No tenemos Walmarts aquí, pero los adaptadores de CC baratos que tenemos aquí contienen un transformador reductor, un puente rectificador y un filtro RC de una sola etapa, y en el mejor de los casos un diodo a través de los terminales de salida, lo que podría ser bastante ¿Qué aspecto tiene el adaptador de Walmart?