用壓力、而非水流推動的把手
在上一階你馴服了 BJT，它的交易很單純：要讓它保持導通，你就得不斷餵進一股雖小卻真實的基極電流。那個電晶體像一個你必須一直壓著的水龍頭，而壓著它就得付出穩定的涓流。場效電晶體，也就是 FET，做的是一筆不同的交易。它的把手只回應一個電壓，而且一旦你設好那個電壓，它就維持原狀，幾乎完全不耗電流。
本階的主角是 MOSFET——金屬氧化物半導體場效電晶體，幾乎所有現代電子產品的主力。BJT 是電流控制的（集極電流跟隨基極電流），MOSFET 卻是電壓控制的：它控制端上的電壓，決定了讓電流通過的通道開得多寬，而那個控制端被封在一層薄薄的絕緣體後面，幾乎沒有電流會漏進去。想像一道水閘，由一根你隔著玻璃牆去推的槓桿升降——你的推動設定了閘門的高度，但水從不碰到你的手。
正是這個微小的細節——一個不耗任何穩定電流的控制端——讓 MOSFET（而不是 BJT）成了數位時代的原子。一顆現代晶片裡裝著數十億個這樣的開關，而由於一個閒置的 MOSFET 幾乎不耗閘極電流，它們才能肩並肩密密麻麻地擠在一起卻不至於熔毀。把這幅畫面記在心裡，我們這就把這個元件拆開來看：電壓進、受控的通道出，中間是一個絕緣的把手。
閘極、源極、汲極——以及那個絕緣的閘極
一個 MOSFET 有三個工作端。電流沿著源極與汲極之間的一條通道流動——這兩端是水管的兩頭，類比於 BJT 的射極與集極。第三個端子，閘極，是控制把手，類比於基極。在閘極與源極之間加上適當的電壓，源極與汲極之間的通道就會打開；閘極對源極的電壓（寫作 Vgs）就是駕馭整個元件的那一個旋鈕。
這個名字把結構說得明明白白：金屬-氧化物-半導體。閘極是一片小小的金屬（或多晶矽）板，鋪在一層薄如晶圓的絕緣氧化物上，而這層氧化物則坐在下方的半導體通道之上。仔細看，你會認出一位老朋友：兩個導體中間夾一層絕緣體，正是一個電容。閘極就是一片小小的電容板，而這正是為什麼沒有穩定電流流進它——電容不通直流。我們會在最後誠實地回到這一點，因為同樣這個電容，正是 MOSFET 唯一真正的代價。
MOSFET 有不同口味，其中兩種分法最要緊。第一，N 通道與 P 通道：N 通道元件在閘極相對源極被拉正時導通，P 通道元件則在閘極被拉負時導通——互為鏡像，就像當初的 NPN 與 PNP。第二，增強型與空乏型：增強型 MOSFET 平常是關的，你必須加上閘極電壓來建立（增強）一條通道，而空乏型 MOSFET 平常是開的，閘極電壓會把它夾斷。到目前為止最常見的零件——也是本階接下來的預設——是 N 通道增強型 MOSFET：在你把它的閘極推正之前都是關著的。
臨界電壓，接著兩個區：三極體區與飽和區
在閘極電壓越過一條叫做臨界電壓（Vth）的線之前，什麼都不會發生。對 N 通道增強型 MOSFET 來說，當 Vgs 還在 Vth 之下時（一顆典型的邏輯準位零件，Vth 可能在 2 V 上下），通道根本不存在，元件是關著的。把 Vgs 推到 Vth 之上，氧化物底下就會形成一條導電通道；你越過臨界電壓越多，那條通道就越寬、越能導電。Vth 是那條開／關的界線——是 MOSFET 對應於 BJT 約 0.7 V 導通點的東西——而且，正如那 0.7 V，它是一個有範圍、會隨溫度漂移的規格值，不是神聖的定值。
一旦導通，MOSFET 會工作在兩個區之一，而你身處哪一個，取決於汲極對源極的電壓 Vds。在小 Vds 時，通道表現得像一顆普通電阻，其阻值由你用閘極設定——這是三極體區（有時稱線性區或歐姆區），也是你把元件當開關用的地方。把 Vds 拉高到一定程度，通道就會在靠近汲極處「夾斷」；電流接著趨於平坦，幾乎不再隨 Vds 增加而成長——這是飽和區，MOSFET 在這裡表現得像一個電壓控制的電流源，也是你把它當放大器用的地方。壓低時是電阻，拉高時是電流源。
N-channel enhancement MOSFET (Vgs is gate-to-source) -------------------------------------------------------------- Region Condition Behaves like Used as -------------------------------------------------------------- Cutoff Vgs < Vth open circuit OFF switch Triode Vgs > Vth, Vds small gate-set resistor ON switch Saturation Vgs > Vth, Vds large current source AMPLIFIER
把 MOSFET 當開關
要把 MOSFET 當開關用，你會把閘極推到遠超過臨界電壓，讓通道開到最大，使元件深深落入三極體區。在那裡，它就只是汲極與源極之間的一顆小電阻，叫做導通電阻（Rds(on)）。一顆好的現代功率零件，Rds(on) 可以只有幾毫歐——一個近乎完美的閉合開關。這就是 MOSFET 開關的核心：閘極全力驅動、導通電阻極小、幾乎沒有電壓浪費在元件上。
- 假設一顆 Rds(on) = 10 mohm（0.01 ohm）的 MOSFET 在切換一個 5 A 的負載。完全導通時，它就只是那顆電阻承載著 5 A。
- 跨在它上面的電壓：依歐姆定律 V = I times R = 5 times 0.01 = 0.05 V，只壓降 50 mV——負載幾乎拿到完整的電源電壓。
- 以熱形式浪費的功率：P = I^2 times R = 5^2 times 0.01 = 0.25 W。四分之一瓦——夠涼，幾乎不太需要散熱片。
- 對比一個 BJT 開關：它在飽和時不論電流多大都壓降約 0.2 V，所以在 5 A 下它燒掉 0.2 times 5 = 1 W——是四倍的損耗。要切換大電流，低 Rds(on) 正是 MOSFET 通常勝出的原因。
你把開關放在哪裡很重要。簡單的情況是低側切換：MOSFET 坐在負載與接地之間，源極接地，所以要讓它導通，你只要把閘極抬高到比接地高幾伏特即可——直截了當。比較難的是高側，開關位於電源與負載之間；這時元件導通後源極會浮高到接近電源電壓，所以閘極必須被驅動到高於電源軌，才能維持 Vgs 夠高——這正是為什麼高側開關需要額外的把戲（電荷泵或專用驅動器）。還有一個結構上的事實：每一顆功率 MOSFET 在汲極與源極之間都自帶一顆體二極體，那是一顆寄生的二極體，往逆向導通。它是感性負載的一條免費飛輪續流路徑，但它很慢，若你忘了它的存在，它可能反咬你一口。
放大器、功率切換，與誠實的真相
把 MOSFET 停在飽和區而不是三極體區，它就成了放大器，就跟 BJT 在它的主動區裡一樣。再一次，主導的性能指標是跨導 gm——閘極每變化一伏特，汲極電流變化多少。兩個日常的建構模塊，與 BJT 的那兩個互為鏡像：共源極級提供電壓增益並反相（共射極放大器的 MOSFET 手足），而源極隨耦器提供接近一倍的增益卻有低輸出阻抗，是個緩衝器（射極隨耦器的手足）。第 3 篇會把兩者好好搭起來；現在只要記得同樣的兩種形狀又出現了。
兩個終點為本階收尾。放大來看，功率 MOSFET在電源供應器與馬達驅動裡切換幾安培或幾十安培——但它巨大的閘極是一顆大電容，所以每一次導通都意味著要灌進一定的閘極電荷，這就需要一個強而有力的閘極驅動器把它快速充飽。切換得太慢，元件就會逗留在那個會耗損的過渡地帶，把切換損耗累積成熱（第 4 篇）。而把一顆 N 通道和一顆 P 通道 MOSFET 疊起來，你就得到 CMOS 反相器：不論你加上哪一種輸入，總有一個元件是關的，所以除了翻轉的瞬間以外幾乎沒有電流流動——這就是整個數位世界所建立其上的低功耗單元（第 5 篇）。