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

Bueno, por un lado, 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 que podría manejar tal voltaje de entrada. ¿Por qué no eso?

Es cierto para todos los reguladores de voltaje lineales que la corriente de entrada es igual a la corriente de salida, despreciando una corriente muy pequeña para la operación del regulador mismo. 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 de acuerdo con la ley de Ohm:$E = IR$. Entonces, para cualquier corriente que la carga requiera para tener el voltaje de salida diseñado, el regulador de voltaje se ajusta efectivamente$R$tal que$E$es la diferencia entre los voltajes de entrada y salida.

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

Recuerda también que la potencia eléctrica es el producto del voltaje y la corriente:$P=IE$. Para el regulador de voltaje,$E=108\text{V}$como anteriormente.$I$estará determinada por la carga.

Digamos que tenemos una carga bastante pequeña, y$I=10\text{mA}$. La energía 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 bastante, sino que es terriblemente ineficiente. La potencia en la carga es sólo$10\text{mA} \cdot 12\text{V} = 0.12\text{W}$:

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, 10 mA ni siquiera es suficiente para encender su LED indicador típico con el brillo nominal completo, 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 reductor . Con estos métodos es posible convertir voltajes con (dados componentes ideales) 100% de eficiencia.

Por cierto, la facilidad de hacer esto con CA y transformadores es la razón por la cual Edison es un idiota y perdió la Guerra de las Corrientes .

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

Como sospechabas, obtendrás una tonelada de calor.
120 V CA rectificados con un puente completo darán como resultado 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 12 V (el 7812 tiene una entrada máxima de 35 V), el exceso de voltaje multiplicado por la corriente de salida se disipará como calor.

Como ejemplo para una corriente de carga de 0,5 A, la potencia disipada sería

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, ¡eso es aproximadamente el 7%!
Un transformador típico tiene una eficiencia de alrededor del 98%, esto se reducirá según el 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 transformador es que no tiene aislamiento de red, por lo que es muy peligroso si entra en contacto con los cables de salida, puede ser potencialmente letal.

Los transformadores solo transforman voltajes de CA ( http://en.wikipedia.org/wiki/Transformer ). Por ejemplo, un transformador puede reducir 120 VAC a 12 VAC. No pueden transformar el voltaje de CA en voltaje de CC.

El "transformador" de verrugas de pared que menciona es en realidad una fuente de alimentación no regulada, o tal vez regulada. Los más simples/más baratos son solo un transformador, un puente de diodos y un condensador. Se pueden regular los "transformadores" de verrugas de pared más costosos, pero generalmente son una fuente de alimentación conmutada más compleja ( http://en.wikipedia.org/wiki/Switching_power_supply ).

¡Seguridad primero!

Si bien todo el mundo parece preocuparse primero por la eficiencia, permítanme preocuparme primero por su seguridad física.

Un transformador brinda separación galvánica de la red eléctrica (por supuesto, cuando está correctamente conectado), un rectificador no. Cuando usa un rectificador/regulador y accidentalmente toca uno de los cables, será golpeado/mordido y potencialmente muy duro, incluso letal cuando tiene un poco de mala suerte.

Cuando, por ejemplo, utiliza el método del rectificador/regulador para alimentar una pequeña radio de transistores, debe tener en cuenta que la carcasa a menudo no está clasificada para voltajes de red. ¡Esto significa que al sostener 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 se disipará$\dfrac{120-12}{12}\cdot 100\% = 900\%$más potencia que el aparato conectado.

Creo que también necesitará 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 dependiendo de 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 con esto es que si su dispositivo está diseñado para funcionar a 12 V CC y no a 13 V CC (aunque sería un dispositivo muy injusto), el transformador induciría un voltaje proporcional al pico de tensión que podría ser algo mayor que 13 V CC. Esta no es una buena regulación.

La siguiente etapa sería nuevamente un puente rectificador que funcione alrededor de 12 V CC. Nuevamente, esto no es una salida regulada, ni es una buena CC, ya que contiene muchas ondas. Para reducir las ondas y, por lo tanto, disminuir el componente de CA en la salida, usamos filtros (generalmente un filtro RC o Pi de 3 o 4 etapas). Una vez más, la salida de este circuito depende de la entrada. Si hay un aumento, todavía estamos condenados. Entonces, agregamos la regulación de voltaje, lo que significa que voy a suministrar un voltaje constante de 12 VCC incluso si el voltaje que se suministra es mayor que eso (es decir, una sobretensión). Y de manera más simple, sería un Zener, pero podría ser un Transistor o un Opamp si se mejoraran las propiedades de disipación de energía y se agregaran otras campanas y silbatos.

Espero que esto responda esta parte:

¿Por qué se prefiere un método sobre el otro?

Ahora:

Por un lado, me compraría un transformador de verrugas de pared que genera 12 V CC y listo.

Pero, ¿por qué un transformador? ¿Por qué no usar un puente rectificador para obtener CC, suavizar las ondas con una tapa, agregar 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 etapa y, en el mejor de los casos, un diodo en los terminales de salida, que podría ser más o menos lo que su ¿Se parece el adaptador de Walmart?