Constructorii amatori întâlnesc adeseori în practică problema măsurării unor diferențe (sau variații) mici de tensiune în jurul unei valori nominale date. Utilizând un voltmetru obișnuit, valoarea tensiunii impune alegerea unui domeniu adecvat, pe care, însă, diferențele mici nu se pot citi cu precizia dorită. Să considerăm un exemplu concret. Pentru a calcula rezistența de ieșire a unui stabilizator de 9 V / 1 A, pe baza relației Ri = ΔU / ΔI, avem de măsurat variațiile foarte mici de tensiune, ΔU, corespunzătoare unor variații mari de curent, ΔI. Dacă rezistența internă este, de pildă, de 0,1 Ω, variației maxime de curent ΔI = 1 A (de la zero la valoarea maximă admisă) îi corespunde o variație a tensiunii la borne ΔU = 0,1 Ω * 1 A = 0,1 V. Scala cea mai sensibilă a voltmetrului pe care putem face măsurătoarea este cea de 10 V, dar chiar și pe aceasta diferența de 0,1 V se citește doar orientativ.
Soluția indicată în asemenea situații o constituie măsurarea diferenței dintre tensiunea variabilă urmărită, Uvar, și o tensiune fixă de referință, Uref. Dacă tensiunea de referință are o valoare apropiată de valoarea nominală a lui Uvar, diferențele vor fi mici, putându-se citi pe domenii mai sensibile ale voltmetrului, deci implicit cu o precizie mult mai bună. Pentru a putea reține ușor variațiile care ne interesează (calcul mintal), tensiunea de referință este bine să aibă o valoare „rotundă”.
Un exemplu concret este prezentat în fig. 1. Tensiunea urmărită variază puțin între 8 V și 9 V, s-a ales valoarea tensiunii de referință de 9 V. Cele două surse debitează în opoziție, deci tensiunea activă a circuitului o reprezintă diferența |Uref – Uvar|, care se distribuie aproape în întregime pe rezistența internă a voltmetrului (rezistențele proprii ale surselor fiind neglijabile). Cum variațiile nu depășesc 1 V, se poate alege domeniul de 1 V al voltmetrului, pe care citirile se vor face cu precizie foarte bună.
Soluția este extrem de simplă, dar necesită o sursă fixă de tensiune pentru referință. O metodă și mai simplă este cea ilustrată în fig. 2, în care sursa de referință se construiește chiar din tensiunea variabilă urmărită, cu ajutorul unei celule de stabilizare. În exemplul din figură, tensiunea urmărită, Uvar, poate varia între limitele extreme 14 V și 15 V. Alegând o diodă Zener (DZ) cu tensiunea de referință de 12 V (prin sortare) și cu un curent minim de stabilizare Izmin de 5 mA, putem lua:
R = (Uvarmin – Uz) / Izmin = (14 V – 12 V) / 5 mA = 400 Ω
Datorită proprietății cunoscute, dioda Zener păstrează la bornele sale în permanență 12 V, diferența Uvar – Uz fiind preluată de rezistența R. Cum această diferență variază între 2 V și 3 V, ea poate fi măsurată suficient de precis pe un domeniu de 3 V al voltmetrului.
În vederea unor măsurători de precizie sporită, dioda Zener va fi sortată nu numai după tensiunea de referință, ci și după caracteristica inversă, care trebuie să fie cât mai verticală în zona de avalanșă.
