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

Gut für einen, 120V liegt über der im 7812-Datenblatt angegebenen maximalen Eingangsspannung.

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

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

Denken Sie daran, dass ein Widerstand mit einem Strom durch ihn auch eine Spannung gemäß dem Ohmschen Gesetz aufweist: \ $ E = IR \ $. Für jeden Strom, den die Last benötigt, um die vorgesehene Ausgangsspannung zu haben, stellt der Spannungsregler \ $ R \ $ effektiv so ein, dass \ $ E \ $ die Differenz zwischen den Eingangs- und Ausgangsspannungen ist.

Für einen 120-V-Eingang und einen 12-V-Ausgang beträgt die Spannung am Regler also 108 V.

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

Nehmen wir an, wir haben eine ziemlich kleine Last und \ $ I = 10 \ text {mA} \ $. Die elektrische Leistung im Spannungsregler beträgt 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 beträgt nur \ $ 10 \ text {mA} \ cdot 12 \ text {V} = 0,12 \ text {W} \ $:

$$ \ frac {0,12 \ text {W} } {1.08 \ text {W} + 0.12 \ text {W}} = 10 \ text {% effizient} $$

Diese Ineffizienz kann für Lasten mit sehr geringem Stromverbrauch akzeptabel sein, bei denen die Wärme besser beherrschbar und die Kosten für die Eingangsenergie erschwinglich sind. 10 mA reichen jedoch nicht einmal aus, um Ihre typische Anzeige-LED auf volle Nennhelligkeit zu bringen. Daher ist ein Linearregler für die meisten Dinge einfach nicht realisierbar.

Die Lösung besteht darin, einen Transformator zu verwenden oder zu verwenden ein nichtlinearer Spannungsregler, wie z. B. ein Tiefsetzsteller. Mit diesen Methoden ist es möglich, Spannungen mit einem Wirkungsgrad von 100% (bei gegebenen idealen Komponenten) umzuwandeln.

Die einfache Vorgehensweise bei Wechselstrom und Transformatoren ist übrigens der Grund, warum Edison ein Idiot ist und verlor den Krieg der Strömungen.

Aber warum ein Transformator? Warum nicht einen Brückengleichrichter verwenden, um Gleichstrom zu erhalten, Wellen mit einer Kappe auszugleichen, einen Spannungsregler einzusetzen ... in diesem Fall einen 7812.

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

As Ein Beispiel für einen Laststrom von 0,5 A wäre die Verlustleistung

$$ P = V \ mal I = (168 V - 12 V) \ mal 0,5 A = 78 W $$

Das heißt viel Wärme, außerdem wäre der Wirkungsgrad der Stromversorgung sehr schlecht, die Eingangsleistung beträgt 168 V * 0,5 A = 84 W und die Ausgangsleistung 12 V * 0,5 A = 6 W, was etwa 7% entspricht!
Ein typischer Transformator hat einen Wirkungsgrad von etwa 98%, dies wird in Abhängigkeit von der an den Ausgang des Transformators angeschlossenen Abwärtsschaltung verringert, aber der Gesamtwirkungsgrad wäre mindestens zehnmal besser.

Ein zusätzlicher Nachteil des Art der Lieferung, die Sie ohne Umbau vorschlagen mer, ist, dass es keine Netzisolierung hat, so dass es sehr gefährlich ist, wenn Sie mit den Ausgangskabeln in Kontakt kommen, es kann möglicherweise tödlich sein.

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

Der von Ihnen erwähnte Wandwarzen- "Transformator" ist tatsächlich eine ungeregelte oder möglicherweise geregelte Stromversorgung. Die einfachsten / billigsten sind nur ein Transformator, eine Diodenbrücke und ein Kondensator. Teurere Wandwarzen- "Transformatoren" könnten reguliert werden, aber sie sind normalerweise eine komplexere Schaltstromversorgung ( http://en.wikipedia.org/wiki/Switching_power_supply).

Sicherheit geht vor!

Während sich anscheinend jeder zuerst um die Effizienz kümmert, lassen Sie mich zuerst um Ihre körperliche Sicherheit sorgen.

Ein Transformator bringt eine galvanische Trennung vom Netz (natürlich bei ordnungsgemäßem 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 die Gleichrichter- / Reglermethode verwenden Wenn Sie ein kleines Transistorradio mit Strom versorgen, müssen Sie feststellen, dass das Gehäuse häufig nicht für Netzspannungen ausgelegt ist. Dies bedeutet, dass Sie beim Halten dieses Radios in Ihren Händen möglicherweise einen elektrischen Schlag durch das Gehäuse erhalten!

Wenn Sie sich nach der Sorge um Ihre Gesundheit immer noch Sorgen um die Effizienz machen, stellen Sie dies fest Ihr Regler verbraucht ungefähr \ $ \ dfrac {120-12} {12} \ cdot 100 \% = 900 \% \ $ mehr Strom als die angeschlossene Appliance.

Ich denke, Sie benötigen auch beim Transformator einen Regelkreis.

Der Transformator induziert naturgemäß eine Spannung in der Sekundärseite, die abhängig von den Windungen proportional zu der an der Primärseite gelieferten ist Verhältnis. Dies bedeutet aber auch, dass es außer der Isolation von Stromkreisen keinen großen Schutz vor Überspannungen bietet. Was ich damit meine, ist, dass wenn Ihr Gerät für 12 VDC und nicht für 13 VDC ausgelegt ist (obwohl dies ein sehr unfaires Gerät wäre), der Transformator eine Spannung induziert, die proportional zur Stoßspannung ist und möglicherweise größer als ist 13 VDC. Dies ist keine gute Regelung.

Die nächste Stufe wäre wieder ein Brückengleichrichter, der bei 12 VDC arbeitet. Dies ist wiederum kein geregelter Ausgang und auch kein guter Gleichstrom, da er viele Wellen enthält. Um die Welligkeiten und damit die AC-Komponente im Ausgangsausgang zu verringern, verwenden wir Filter (normalerweise ein 3- oder 4-stufiges RC- oder Pi-Filter). Auch hier ist der Ausgang dieser Schaltung vom Eingang abhängig. Wenn es einen Anstieg gibt, sind wir immer noch zum Scheitern verurteilt. Wir fügen also eine Spannungsregelung hinzu, was bedeutet, dass ich eine konstante Spannung von 12 VDC liefern werde, selbst wenn die gelieferte Spannung größer als diese ist (d. H. Stoß). Und am einfachsten wäre es ein Zener, aber es könnte ein Transistor oder ein Opamp sein, wenn die Verlustleistungseigenschaften verbessert und andere Schnickschnack hinzugefügt werden sollen.

Ich hoffe, dies beantwortet diesen Teil :

Warum wird eine Methode der anderen vorgezogen?

Jetzt:

Einerseits würde ich Besorgen Sie sich einen Wandwarzen-Transformator, der 12 VDC abgibt, und fertig damit.

Aber warum ein Transformator? Warum nicht einen Brückengleichrichter verwenden, um Gleichstrom zu erhalten, Wellen mit einer Kappe auszugleichen, einen Spannungsregler einzusetzen ... 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 ein einstufiges RC-Filter und bestenfalls eine Diode über den Ausgangsanschlüssen, was hübsch sein könnte Wie sieht Ihr Walmart-Adapter aus?